《时域分析实例》PPT课件

第4章控制系统的仿真分析,4.1控制系统的稳定性分析4.2控制系统的时域分析4.3控制系统的频域分析4.4控制系统的根轨迹分析4.5控制系统的校正,Step();impulse();Ramp();,应用之一：对于多输入多输出系统，求响应。,如果系统含有多个输入输出量，以状态空间表达式的形式给出，则系统的阶跃响应将产生一系列的阶跃响应曲线,每一条响应曲线与系统中的一个输入量和一个输出量的组合相对应。MATLAB中，与多输入多输出系统阶跃响应相对应的命令格式为step(A,B,C,D,iu)或step(A,B,C,D,iu,t)其中，iu为系统输入量的下标；t为用户指定时间。,4.2.3时域分析应用实例【例4.20】某二输入二输出系统如下所示：,求系统的单位阶跃响应和冲激响应。,MATLAB的step()和impulse()函数本身可以处理多输入多输出的情况，因此编写MATLAB程序并不因为系统输入输出的增加而变得复杂。执行下面的M文件：clcclearclose%系统状态空间描述a=-2.5-1.2200;1.22000;1-1.14-3.2-2.56;002.560;b=41;20;20;00;c=0103;0001;d=0-2;-20;,%绘制闭环系统的阶跃响应曲线figure(1)step(a,b,c,d)title(stepresponse)xlabel(time-sec)ylabel(amplitude)%绘制闭环系统的脉冲响应曲线figure(2)impulse(a,b,c,d)title(impulseresponse)xlabel(time-sec)ylabel(amplitude)运行后得到如图419所示曲线。,图419闭环系统的响应曲线(a)闭环系统的阶跃响应曲线;(b)闭环系统的脉冲响应曲线,应用之二：对于典型二阶系统，求阻尼比，自然频率。,函数damp(den)：计算系统的特征根、阻尼比、无阻尼振荡频率,二阶系统为,G(s)=,num=10;den=1,1,4;step(num,den);damp(den),EigenvalueDampingFreq.(rad/s)-5.00e-001+1.94e+000i2.50e-0012.00e+000-5.00e-001-1.94e+000i2.50e-0012.00e+000,应用之三对于典型二阶系统，根据动态性能指标确定系统参数。,确定d,e的值。（1）超调量不大于40%，（2）峰值时间为0.8s。,图420系统组成图,【例4.21】某系统框图如图420所示，求d和e的值，使系统的阶跃响应满足：（1）超调量不大于40%，（2）峰值时间为0.8s。由图可得闭环传递函数为,其为典型二阶系统。由典型二阶系统特征参数计算公式,得,z=log(100/pos)/sqrt(pi2+(log(100/pos)2);wn=pi/(tp*sqrt(1-z2);num=wn2;den=12*z*wnwn2;,执行下面的M文件：%输入期望的超调量及峰值时间pos=input(pleaseinputexpectpos(%)=);tp=input(pleaseinputexpecttp=);,运行结果：pleaseinputexpectpos(%)=40pleaseinputexpecttp=0.8d=16.7331e=0.0771,t=0:0.02:4;y=step(num,den,t);plot(t,y),xlabel(time-sec)ylabel(y(t)grid,d=wn2e=(2*z*wn-1)/d,图421系统的阶跃响应曲线,应用之四对于典型二阶系统，已知二阶系统典型环节的阻尼比和自然振荡频率，求单位阶跃响应参数：超调量s（100%）、峰值时间tp、上升时间tr、调节时间ts2（2%）。,y,x,t=step(num,den)峰值时间(timetopeak)可由以下命令获得：Y,k=max(y);timetopeak=t(k)应用取最大值函数max()求出y的峰值及相应的时间，并存于变量Y和k中。然后在变量t中取出峰值时间，并将它赋给变量timetopeak。,最大(百分比)超调量(percentovershoot)可由以下命令得到：y,x,t=step(num,den)C=dcgain(G);Y,k=max(y);percentovershoot=100*(Y-C)/Cdcgain()函数用于求取系统的终值，将终值赋给变量C，然后依据超调量的定义，由Y和C计算出百分比超调量。,上升时间(risetime)可利用MATLAB中控制语句编制M文件来获得。首先简单介绍一下循环语句while的使用。while循环体end其中,循环判断语句为某种形式的逻辑判断表达式。当表达式的逻辑值为真时，就执行循环体内的语句；当表达式的逻辑值为假时，就退出当前的循环体。如果循环判断语句为矩阵时，当且仅当所有的矩阵元素非零时，逻辑表达式的值为真。为避免循环语句陷入死循环，在语句内必须有可以自动修改循环控制变量的命令。,要求出上升时间，可以用while语句编写以下程序得到：y,x,t=step(num,den)C=dcgain(G);n=1;whiley(n)Cn=n+1;endrisetime=t(n)在阶跃输入条件下，y的值由零逐渐增大，当以上循环满足y=C时，退出循环，此时对应的时刻，即为上升时间。,对于输出无超调的系统响应，上升时间定义为输出从稳态值的10%上升到90%所需时间，则计算程序如下：y,x,t=step(num,den)C=dcgain(G);n=1;whiley(n)0);%n1=length(ii);jj=find(real(p)0);n2=length(jj);if(n20)disp(thesystemisunstable)disp(itisnouseforgetting动态参数),else%调用求取二阶系统阶跃响应动态参数的函数文件y,x,t=step(num,den);plot(t,y)pos,tp,tr,ts=stepchar(y,t)end,见例题d422,【例4.23】已知系统函数为,计算系统瞬态性能指标（稳态误差允许2）。执行下面的M文件：clcclear%系统模型建立num=3;den=conv(11+3j,11-3j);,%求系统的单位阶跃响应y,x,t=step(num,den);%求响应的稳态值yss=dcgain(num,den)%求响应的峰值及对应的下标yp,n=max(y);%计算超调量及峰值时间percentovershoot=100*(yp-yss)/ysstimetopeak=t(n)%计算上升时间n=1;whiley(n)后，键入ltiview，系统调用该工具软件。,62,63,从界面“file”的下拉菜单中选择“import”选项，弹出,64,从显示的菜单中选择需要仿真的系统，此处选择G，并点击”OK”就会显示被选系统的阶跃响应曲线,65,在画面上用鼠标点击右键，弹出菜单，有下列选项：,66,Systems:在工作空间的所有系统名称列表Characteristics:根据所绘制曲线的类型显示有关性能指标；Grid：点击选中时，画面显示网格线,67,Properties:根据显示曲线类型弹出有关对话框,68,Edit下拉菜单的“PlotConfiguration”弹出对话框中，可选择画面中响应曲线的位置布置。,69,作业（word文挡）,实验目的：练习LTIViewer使用方法及步骤实验内容：已知系统传递