matlab控制系统仿真绘图学习课程

1、第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 4.2.14.2.1时间响应绘图时间响应绘图 控制系统仿真用的几个时间响应函数如下： impulse（num，den） 给定系统多项式模型num,den，求系统的单位脉冲响应，绘制时间响应曲线；也可以使用状态空间模型impluse(A,B,C,D)。 第1页/共70页第一页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 y,x,t=impulse(num,den) 返回变量格式，不绘图。 y=y(t)为输出响应，x=x(t)为状态变量，t为时间向量。第2页/共70页第二页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4

2、4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 step(num,den) 给定系统多项式模型num,den，求系统的单位阶跃响应，绘制时间响应曲线；也可以使用状它空间模型step(A,B,C,D)。 第3页/共70页第三页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 y,x,t=step(num,den) 返回变量格式，不绘图。 y=y(t)为输出响应，x=x(t)为状态变量，t为时间向量。 第4页/共70页第四页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 lsim(num,den,u,T) 给定系统多项式模型num,den

3、，任意控制输入向量u时间向量T，求系统的时间响应，绘制时间响应曲线；也可以使用状态空间模型lsim(A,B,C,D,u,T)。 第5页/共70页第五页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 y,x,t=lsim(num,den) 返回变量格式，不绘图。 y=y(t)为输出响应，x=x(t)为状态变量，t为时间向量。 第6页/共70页第六页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 【例4.35】控制系统的传递函数分别为 作系统的脉冲响应曲线。(在matlab中演示) 102)(,102)(,1021)(223222

4、1ssssGssssGsssG第7页/共70页第七页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num1=0 0 1;num2=0 1 0;num3=1 0 0; den=1 2 10; impulse(num1,den);hold on; 输入命令窗口如图4-38-1所示。 第8页/共70页第八页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第9页/共70页第九页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-38-2所示。 第10页/共70页第十页，编辑于星期六：

5、六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 impulse(num2,den);impulse(num3,den); 输入命令窗口如图4-38-3所示。 第11页/共70页第十一页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 脉冲响应曲线如图4-38-4所示。 第12页/共70页第十二页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 由MATLAB的符号运算工具，得到上述系统脉冲响应的解析解分别为（拉普拉斯Laplace反变换的命令在新版本中略有改动，此处的命令与书上的不同） syms s f1=ila

6、place(1/(s2+2*s+10) 第13页/共70页第十三页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-39-1所示。 第14页/共70页第十四页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 f2=ilaplace(s/(s2+2*s+10) 显示演示结果如图4-39-2所示。 第15页/共70页第十五页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 f3=ilaplace(s2/(s2+2*s+10) 显示演示结果如图4-39-3所示。 第16页/共70页第十

7、六页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 【例4.36】系统无零点与系统有零点表达式分别为 试比较系统阶跃响应的差别。(在matlab中演示) 102102)(,10210)(2221ssssGsssG第17页/共70页第十七页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num1=10;num2=2 10; den=1 2 10; step(num1,den) 输入命令窗口如图4-40-1所示。 第18页/共70页第十八页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第19页/

8、共70页第十九页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-40-2所示。 第20页/共70页第二十页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 hold on step(num2,den) 输入命令窗口如图4-40-3所示。 第21页/共70页第二十一页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 阶跃响应曲线如图4-40-4所示。 第22页/共70页第二十二页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显然，系统有s=-5

9、的零点时，其阶跃响应叠加了微分项，响应时间减小，但是超调量稍有增加。 计算超调增加幅度：(在matlab中演示) y1,x1=step(num1,den); y2,x2=step(num2,den); max(y1),max(y2) 第23页/共70页第二十三页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-40-5所示,则超调量增加了8%。 第24页/共70页第二十四页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 【例4.37】系统结构图如图4-41-1所示，考察型系统与型系统对速率信号的跟踪能力。(在

10、matlab中演示) 第25页/共70页第二十五页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 输入命令窗口如图4-41-2所示。 num1=2; den1=1 2 2; t=0:0.1:10;u=t; lsim(num1,den1,u,t);hold on 第26页/共70页第二十六页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘图绘图 第27页/共70页第二十七页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-41-3所示。 第28页/共70页第二十八页，编辑于星期六：六点

11、 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 plot(t,u,r:) 输入命令窗口如图4-41-4所示。 第29页/共70页第二十九页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 型系统对斜坡信号的跟踪曲线如图4-41-5所示。 第30页/共70页第三十页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num2=2 2; den2=1 2 2 2; t=0:0.1:10;u=t; lsim(num2,den2,u,t);hold on 输入命令窗口如图4-41-6所示。 第31页/共70页第三十一页，编辑于

12、星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第32页/共70页第三十二页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-41-7所示。 第33页/共70页第三十三页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 plot(t,u,r:) 输入命令窗口如图4-41-8所示。 第34页/共70页第三十四页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 型系统对斜坡信号的跟踪曲线如图4-41-9所示。 第35页/共70页第三十五页，编辑于星期六：六点

13、 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 型系统在跟踪速率信号时，有明显的跟踪误差，即ess=1，如图4-41-5所示； 但是型系统由图4-41-9可见，稳态跟踪误差为零，即ess=0。 第36页/共70页第三十六页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 4.2.24.2.2频率特性绘图频率特性绘图 控制系统频率特性分析用的几个绘图函数为： bode(num,den) 给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制波得图；也可以使用状态空间模型bode(A,B,C,D)。 第37页/共70页第三十七页，编辑于星期六：六点 四十七分

14、。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘图绘图 m,p,w=bode(num,den) 返回变量格式，不绘图。 m=m(w)为幅值向量，p=p(w)为相位向量，w为频率向量。 第38页/共70页第三十八页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 margin(num,den) 给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制带有稳定裕度的波得图； 也可以使用状态空间模型margin(A,B,C,D)。 第39页/共70页第三十九页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 gm,pm,wcg,wcp=margin

15、(num,den)(蓝色字部分是新版本中的表示方式，与书上旧版本略有区别) 返回变量格式，不绘图。 gm为幅值裕度，pm为相位裕度，wcg是相位角等于-时的频率，wcp是模等于1时的频率。 第40页/共70页第四十页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 nichols(num,den) 给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制尼柯尔斯图；也可以使用状态空间模型nichols(A,B,C,D)。 第41页/共70页第四十一页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 m,p,w=Nichols(num,de

16、n) 返回变量格式，不绘图。 m为模矩阵 ，p为相位角矩阵，w为频率向量。 第42页/共70页第四十二页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 nyquist(num,den) 给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制奈奎斯特图；也可以使用状态空间模型nyquist(A,B,C,D)。 第43页/共70页第四十三页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 re,im,w=nyquist(num,den) 返回变量格式，不绘图。 re为返回的实部向量，im为返回的虚部向量，w为频率向量。 第44页/共70页

17、第四十四页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 【例4.38】控制系统的开环传递函数为 作波得图并确定系统的稳定裕度。(在matlab中演示) )102(15)(2ssssG第45页/共70页第四十五页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num=15; den=1 2 10 0; margin(num,den) 输入命令窗口如图4-42-1所示。 第46页/共70页第四十六页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第47页/共70页第四十七页，编辑于星期六：六点

18、四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 系统的稳定裕度如图4-42-2所示。 第48页/共70页第四十八页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 从图上可以读到开环截止频率为wc=2.236，相应裕度为Pm=48.190，相应裕度Pm较大。 但是由于二阶环节谐振峰值的影响，幅值裕度Gm较小，且Gm=2.499dB，因此系统的动态特性较差。 第49页/共70页第四十九页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 【4.39】控制系统的开环传递函数为 作奈奎斯特图。(在matlab中演示) ) 1(

19、1)(sssG第50页/共70页第五十页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 注：在新版本中奈奎斯特曲线绘图与旧版本中略有不同，具体格式如下。 num=1; den=1 1 0; s=tf(num,den); % 系统传递函数模型 nyquist(s) 第51页/共70页第五十一页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 输入命令窗口如图4-43-1所示。 第52页/共70页第五十二页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-43-2所示。 第53页/

20、共70页第五十三页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 例题说明：（以下说明为新版本的内容，与旧版本中的略有不同） nyquist(sys)函数绘制奈奎斯特曲线默认角频率的范围为（-，+）。 nyquist(sys，)函数用于显示绘制的系统Nyquist曲线 第54页/共70页第五十四页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 函数中输入参数用来定义绘制Nyquist曲线时的频率范围或者频率点。 若定义频率范围，必须是min，max格式；如果定义频率点，则必须为需要频率点频率构成的向量。 第55页/共70页第五

21、十五页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘图绘图 【例4.40】控制系统的开环传递函数为 作尼柯尔斯图。(在matlab中演示) )102(15)(2ssssG第56页/共70页第五十六页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num=15; den=1 2 10 0; ngrid(new) 输入命令窗口如图4-44-1所示。 第57页/共70页第五十七页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第58页/共70页第五十八页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MA

22、TLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-44-2所示。 第59页/共70页第五十九页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 nichols(num,den) 输入命令窗口如图4-44-3所示。 第60页/共70页第六十页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-44-4所示。 第61页/共70页第六十一页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 4.2.34.2.3根轨迹图根轨迹图 根轨迹绘图的几个常用函数： rlocus(num,den) 给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制根轨迹图；也可以使用状态空间模型rlocus(A,B,C,D)。 第62页/共70页第六十二页，编辑于星期六：六点 四十七分。第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 k,r