控制系统工具箱

1、 控制系统工具箱是建立在控制系统工具箱是建立在MATLAB对控制工程提供的设计功能的基础上，对控制工程提供的设计功能的基础上， 为控制系统的建模、分析、仿真提供了丰富的函数与简便的图形用户界面。为控制系统的建模、分析、仿真提供了丰富的函数与简便的图形用户界面。 在在MATLAB中，专门提供了面向系统对象模型的系统设计工具：线性时中，专门提供了面向系统对象模型的系统设计工具：线性时 不变系统浏览器（不变系统浏览器（LTI Viewer）和单输入单输出线形系统设计工具）和单输入单输出线形系统设计工具 （SISO Design Tool）。）。 利用利用LTI Viewer可方便地获得系统的各种时域

2、响应和频率特性等曲线，并可方便地获得系统的各种时域响应和频率特性等曲线，并 得到系统的性能指标，得到系统的性能指标，SISO Design Tool 设计具有极点配置、最优控制和设计具有极点配置、最优控制和 最小二乘估计功能。控制系统工具箱还具有开放性和可扩展性，用户可创最小二乘估计功能。控制系统工具箱还具有开放性和可扩展性，用户可创 建常用的建常用的 M 文件来适应自己的特殊需要。文件来适应自己的特殊需要。 控制系统工具箱允许使用经典控制理论和现代控制理论，对连续控制系统控制系统工具箱允许使用经典控制理论和现代控制理论，对连续控制系统 和离散控制系统进行仿真分析。和离散控制系统进行仿真分析。

3、 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器 LTI Viewer 10.2 单输入单输出系统设计工具单输入单输出系统设计工具 SISO Design Tool 主要内容主要内容 LTI Viewer简介简介 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer LTI Viewer可以提供绘制浏览器模型的主要时域和频域响应曲线，可以利可以提供绘制浏览器模型的主要时域和频域响应曲线，可以利 用浏览器提供的优良工具，对各种曲线进行观察分析。用浏览器提供的优良工具，对各种曲线进行观察分析。 在在 MATLAB命令窗口输入命令命令窗口输入命令 ltiview,即可进入即可进

4、入 LTI Viewer窗口。窗口。 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer LTI Viewer命令菜单及窗口设置命令菜单及窗口设置 1.File菜单菜单 【New Viewer】建立一个新的建立一个新的LTI Viewer窗口。窗口。 【Import】导入系统对象模型。导入系统对象模型。 【Expot】将当前将当前LTI Viewer窗口中的指定系统的窗口中的指定系统的 对象模型保存到工作空间（对象模型保存到工作空间（Workspace）或者以）或者以.mat 文件的形式保存在磁盘上。文件的形式保存在磁盘上。 【Toolbox Preferences】对新建

5、立或重新启动的对新建立或重新启动的 LTI Viewer窗口属性进行设置，对当前窗口无效。这窗口属性进行设置，对当前窗口无效。这 些属性包括坐标单位、对系统指示参数的描述些属性包括坐标单位、对系统指示参数的描述(如调如调 节时间的定义、上升时间的定义等）、坐标颜色、节时间的定义、上升时间的定义等）、坐标颜色、 坐标字体大小等。坐标字体大小等。 2. Edit菜单菜单 【Plot Configurations】对显示窗口及显示内容进行配置。对显示窗口及显示内容进行配置。 可以选择可以选择LTI Viewer所绘制曲线的布局以及不同绘制区域曲线的响应类型所绘制曲线的布局以及不同绘制区域曲线的响应类

6、型 选择，其中响应类型主要有选择，其中响应类型主要有Step、Impulse、Bode、Nyquist、Nichols、 Pole/Zero等。等。 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer 【Refresh Systems】当显示当显示 配置发生变化后，使用此命令配置发生变化后，使用此命令 会使各曲线显示区中的曲线处会使各曲线显示区中的曲线处 于最佳显示位置。于最佳显示位置。 【Delete Systems】删除当前删除当前 窗口中的对象模型。窗口中的对象模型。 【Line Styles】对显示曲线对显示曲线 的颜色、线形、标记、坐标网的颜色、线形、标记、坐标网

7、 格等属性进行设置。格等属性进行设置。 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer 【Viewer Preference】对当前窗对当前窗 口的坐标单位、范围、窗口颜色、口的坐标单位、范围、窗口颜色、 字体等窗口进行设置，并且该设置字体等窗口进行设置，并且该设置 对当前对当前LTI Viewer窗口内所有曲线窗口内所有曲线 显示有效。显示有效。 Units选择卡：设置图形显示时的频选择卡：设置图形显示时的频 率、幅值以及相位的单位。率、幅值以及相位的单位。 Style选择卡：设置图形显示时的字选

8、择卡：设置图形显示时的字 体、颜色以及绘图网格。体、颜色以及绘图网格。 Characteristics选择卡：设置系统响选择卡：设置系统响 应曲线的特性参数。应曲线的特性参数。 Parameters选择卡：设置系统响应选择卡：设置系统响应 输出的时间变量与频率变量。输出的时间变量与频率变量。 LTI Viewer对象模型对象模型 tf对象对象 【调用格式调用格式】 sys=tf(num,den) 【说明说明】将由传递函数模型所描述系统封装成对应的系统对象模型。将由传递函数模型所描述系统封装成对应的系统对象模型。 【调用格式调用格式】 sys=zpk(z,p,k) 【说明说明】将由零极点增益模型

9、所描述系统封装成对应的系统对象模型将由零极点增益模型所描述系统封装成对应的系统对象模型 ss对象对象 【调用格式调用格式】 sys=ss(a,b,c,d) 【说明说明】将由状态空间模型所描述的系统封装成对应的系统对象模型。将由状态空间模型所描述的系统封装成对应的系统对象模型。 zpk对象对象 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer 曲线显示区的属性设置曲线显示区的属性设置 单击右键弹出菜单，对选定的曲线显示区的属性进行设置。单击右键弹出菜单，对选定的曲线显示区的属性进行设置。 【Plot Type】改变显示框内的显示内容。改变显示框内的显示内容。 【System

10、s】隐藏隐藏/显示指定对象模型的曲线。显示指定对象模型的曲线。 【Characteristics】显示重要参数点标记和标记线。根据选择曲线的不同会显示重要参数点标记和标记线。根据选择曲线的不同会 有不同的设置。对时域曲线的设置主要包括上升时间、峰值时间、进入稳态有不同的设置。对时域曲线的设置主要包括上升时间、峰值时间、进入稳态 时间、稳态域标识时间等标记或标记线。对频域曲线的设置主要包括峰值响时间、稳态域标识时间等标记或标记线。对频域曲线的设置主要包括峰值响 应幅度裕量点、相交裕量点等标记或标记线。应幅度裕量点、相交裕量点等标记或标记线。 【Grid】显示显示/取消显示坐标网格。取消显示坐标网

11、格。 【Normalize】对纵坐标归一化。对纵坐标归一化。 【Full View】使用系统提供的最大采样数显示曲线。使用系统提供的最大采样数显示曲线。 【Properties】设置曲线图的名称、坐标范围、单位、字体、颜色等属性，设置曲线图的名称、坐标范围、单位、字体、颜色等属性， 确定重要参数点的范围（如上升时间等）、相位图显示范围等。确定重要参数点的范围（如上升时间等）、相位图显示范围等。 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer LTI Viewer属性设置属性设置 数据显示框的属性设置数据显示框的属性设置 在曲线或活动标记点上单击右键，对选择标记点在曲线或

12、活动标记点上单击右键，对选择标记点 及对应的数据显示框属性的设置及对应的数据显示框属性的设置 【Alignment】设置数据显示框相对于标记点的位置（上右、上左、下右、设置数据显示框相对于标记点的位置（上右、上左、下右、 下左）。下左）。 【FontSize】设置数据显示框显示字符的大小。设置数据显示框显示字符的大小。 【Moveable】将指定的标记点设置成活动的。将指定的标记点设置成活动的。 【Delete】删除指定的标记点及对应的数据显示框。删除指定的标记点及对应的数据显示框。 【Interpolation】标记点被鼠标拖动时的插值方式选择。标记点被鼠标拖动时的插值方式选择。 Nears

13、t根据系统给出的采样点运动（运动不连续）；根据系统给出的采样点运动（运动不连续）； Linear在两采样点间采用线性插值，根据插值数据运动（连续）。在两采样点间采用线性插值，根据插值数据运动（连续）。 【Trace Mode】根据对根据对x,y,xy三种方式的选择，标记点沿着所选择的方向三种方式的选择，标记点沿着所选择的方向 运动。运动。 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer 典型二阶系统的传递函数为典型二阶系统的传递函数为 2 0.64 ( ) 0.80.64 G s ss 应用应用LTI Viewer对系统进行分析。对系统进行分析。 1、在、在MATLAB

14、命令窗口输入命令窗口输入 sys=tf(0.64,1,0.8,0.64) ltiview 单击单击【File】 【Import】， 选择在选择在Workspace中的系统中的系统 模型模型 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer 2LTI Viewer窗口设置窗口设置 单击单击【Edit】 【Plot Configurations】，选择显示，选择显示6个窗口，并设置每个窗个窗口，并设置每个窗 口响应的类型口响应的类型 10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer

15、10.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器LTI Viewer SISO Design Tool简介简介 在命令窗口输入命令在命令窗口输入命令sisotool，即可进入，即可进入SISO Design Tool主窗口。主窗口。 SISO Design Tool快捷工具栏快捷工具栏 10.2 单输入单输出系统设计工具单输入单输出系统设计工具SISO Design Tool 操作位置指示操作位置指示 添加单极点添加单极点 添加单零点添加单零点 活动帮助指示活动帮助指示 添加共轭极点添加共轭极点 删除极点或零点删除极点或零点 添加共轭零点添加共轭零点 坐标放大坐标放大 坐标缩小坐标缩小 单击

16、单击【FS】可以产生可以产生4种种 系统结构供用户选择，系统结构供用户选择， 单击单击【+/-】按钮可改变按钮可改变 反馈的极性。反馈的极性。 Bode图编辑区图编辑区 根轨迹编辑区根轨迹编辑区 环节环节C传递函数传递函数 10.2 单输入单输出系统设计工具单输入单输出系统设计工具SISO Design Tool SISO Design Tool命令菜单简介命令菜单简介 1.File菜单菜单 【Import】导入系统设计对象模型。导入系统设计对象模型。 【Export】保存设计完成后的系统对象保存设计完成后的系统对象 模型。模型。 【Save Session】保存设计工作环境保存设计工作环境

17、（包括对系统的各种改动），供后续工作（包括对系统的各种改动），供后续工作 使用。使用。 【Load Session】调入设计工作环境，调入设计工作环境， 恢复保存时的状态。恢复保存时的状态。 10.2 单输入单输出系统设计工具单输入单输出系统设计工具SISO Design Tool 2. Edit菜单菜单 【Open-Loop Nichols】对开环尼柯尔斯图编辑区进行设置。对开环尼柯尔斯图编辑区进行设置。 【Prefilte Bode】对环节对环节F伯德图编辑区进行设置。伯德图编辑区进行设置。 上述上述4种设置均与单击右键的弹出菜单一致，主要内容包括增加种设置均与单击右键的弹出菜单一致，主要

18、内容包括增加/删除零极删除零极 点、设置给定系统参数限制区域（根据所选择曲线的不同，系统参数限制区点、设置给定系统参数限制区域（根据所选择曲线的不同，系统参数限制区 域也不同）并在对应的曲线图中给出区域标志、网络的显示选择、坐标范围域也不同）并在对应的曲线图中给出区域标志、网络的显示选择、坐标范围 的给定、曲线名称的修改、曲线坐标的放大与缩小。的给定、曲线名称的修改、曲线坐标的放大与缩小。 【SISO Tool Preference】针对针对SISO Design Tool所涉及的图形属性进所涉及的图形属性进 行设置，主要内容包括显示曲线的坐标单位、坐标字体、字号、网络、上升行设置，主要内容包

19、括显示曲线的坐标单位、坐标字体、字号、网络、上升 时间定义范围数学模型的表示方式等显示属性。时间定义范围数学模型的表示方式等显示属性。 【Root Locus】对根轨迹曲线编辑区进行设置。对根轨迹曲线编辑区进行设置。 【Open-Loop Bode】对开环伯德图编辑区进行对开环伯德图编辑区进行 设置。设置。 当窗口中出现前置滤波环节当窗口中出现前置滤波环节F伯德图编辑区和尼柯伯德图编辑区和尼柯 尔斯图编辑区后，尔斯图编辑区后，【Edit】菜单中会出现下面两个菜单中会出现下面两个 选项：选项： 10.2 单输入单输出系统设计工具单输入单输出系统设计工具SISO Design Tool 3. Vi

20、ew菜单菜单 【Root Locus】显示显示/取消根轨迹图编辑区。取消根轨迹图编辑区。 【Open-Loop Bode】显示显示/取消伯德图编辑区。取消伯德图编辑区。 【Open-Loop Nichols】显示显示/取消尼柯尔斯图编取消尼柯尔斯图编 辑区。辑区。 【Prefilter Bode】显示显示/取消环节取消环节F（前置滤波器（前置滤波器 环节）伯德图编辑区。环节）伯德图编辑区。 【System Data】显示环节显示环节G和环节和环节H的传递函数。的传递函数。 【Closed-Loop Poles】显示闭环极点列表。显示闭环极点列表。 【Design History】显示设计过程历

21、史纪录。显示设计过程历史纪录。 4. Compensators菜单菜单 【Edit】对环节对环节C和环节和环节F进行设计或对已有的设计进进行设计或对已有的设计进 行编辑（零极点的增加和删除）。行编辑（零极点的增加和删除）。 【Store/Retrieve】保存或使用所设计的对环节保存或使用所设计的对环节C和环和环 节节F，主要用于多种设计方案的比较。，主要用于多种设计方案的比较。 【Clear】将环节将环节C和环节和环节F的传递函数置为的传递函数置为1。 10.2 单输入单输出系统设计工具单输入单输出系统设计工具SISO Design Tool 5. Analysis菜单菜单 【Respons

22、e to Step Command】在弹出的图形在弹出的图形 窗口中显示系统阶跃响应曲线。窗口中显示系统阶跃响应曲线。 【Rejection of Step Disurbance】在弹出的图在弹出的图 形窗口中显示系统对阶跃扰动的抑制曲线。形窗口中显示系统对阶跃扰动的抑制曲线。 【Closed-Loop Bode】在弹出的图形窗口中显在弹出的图形窗口中显 示闭环系统伯德图。示闭环系统伯德图。 【Compensator Bode】在弹出的图形窗口中显在弹出的图形窗口中显 示环节示环节C的伯德图。的伯德图。 【Open-Loop Nyquist】在弹出的图形窗口中显在弹出的图形窗口中显 示开环奈奎斯特图。示开环奈奎斯特图。 【Other Loop Responses】选择所希望的各类选择所希望的各类 显示曲线。显示曲线。 6. Tool菜单菜单 【ContinuousDiscrete Conversions】对线性离散控制系统进行设对线性离散控制系统进行设 计，主要对离散控制系统的采样时间、连续信号的离散化方法等进行设置。计，主要对离散控制系统的