第　MATLAB的控制系统数学建模学习教案

1、会计学1第第MATLAB的控制系统的控制系统(kn zh x tn)数学建模数学建模第一页，共65页。n的转换n10.4.1 系统模型(mxng)转换的MATLAB相关函数n10.4.2 系统模型(mxng)之间转换实例主要(zhyo)内容(续)第1页/共65页第二页，共65页。模实例n本章小结主要(zhyo)内容(续)第2页/共65页第三页，共65页。第3页/共65页第四页，共65页。第4页/共65页第五页，共65页。原理(yunl)要点第5页/共65页第六页，共65页。原理(yunl)要点第6页/共65页第七页，共65页。第7页/共65页第八页，共65页。1212311211211( )(

2、 )( )( ).( )( )( )( ).( )nnnnnnnnmmmmmmd y tdy tdy td y taaaaay tdtdtdtdtd u tdu td u tbbbbu tdtdtdt第8页/共65页第九页，共65页。11211121.( )( )( ).mmnmnnnnbsb sb sbC sG sR sa sa sa sa10.1.1系统传递函数模型(mxng)简述第9页/共65页第十页，共65页。称为线性时不变系统（LTI）；系统的分母多项式称为系统的特征多项式。对物理可实现系统来说，一定要满足mn。121121,.,.,mmnnnumb bbbdena aa a( )(

3、 )( )num sG sden s10.1.1系统(xtng)传递函数模型简述第10页/共65页第十一页，共65页。n121121()(1).(1)( )(1)().(1)( )nnmma c kna c kna c kac kbr kmb r kmb r kbr k12111211.( )( )( ).mmmnnnb zb zbC zG zR za za za10.1.1系统传递函数模型(mxng)简述第11页/共65页第十二页，共65页。121121,.,.,mmnnnumb bbbdena aa a(,);Gtf num den10.1.2传递函数的MATLAB相关(xinggun)函

4、数第12页/共65页第十三页，共65页。SYS = TF(NUM,DEN) SYS = TF(NUM,DEN) 返回变量SYS为连续系统传递函数模型 SYS = TF(NUM,DEN,TS) SYS = TF(NUM,DEN,TS) 返回变量SYS为离散系统传递函数模型。TS为采样周期，当TS1或者TS时，表示系统采样周期未定义 S = TF(s) S = TF(s) 定义Laplace变换算子 (Laplace variable)，以原形式输入传递函数 Z = TF(z,TS) Z = TF(z,TS) 定义Z变换算子及采样时间TS，以原形式输入传递函数 10.1.2传递函数的MATLAB相

5、关(xinggun)函数第13页/共65页第十四页，共65页。PRINTSYS(NUM,DEN,s) PRINTSYS(NUM,DEN,s) 将系统传递函数以分式的形式打印出来，s表示传递函数变量 PRINTSYS(NUM,DEN,z) PRINTSYS(NUM,DEN,z) 将系统传递函数以分式的形式打印出来，z表示传递函数变量 GET(sys) GET(sys) 可获得传递函数模型对象sys的所有信息 SET(sys,Property,ValuSET(sys,Property,Value,.) e,.) 为系统不同属性设定值 NUM,DEN = TFDATA(SYS,v) NUM,DEN

6、= TFDATA(SYS,v) 以行向量的形式返回传递函数分子分母多项式 C = CONV(A, B) C = CONV(A, B) 多项式A, B以系数行向量表示，进行相乘。结果C仍以系数行向量表示 10.1.2传递函数的MATLAB相关(xinggun)函数第14页/共65页第十五页，共65页。10.1.2传递函数的MATLAB相关(xinggun)函数第15页/共65页第十六页，共65页。321215( )1664192sG ssss第16页/共65页第十七页，共65页。2210(21)( )(713)sG ssss10.1.3建立传递函数模型(mxng)实例第17页/共65页第十八页，

7、共65页。2210(21)( )(713)sG ssss4( )sG s e10.1.3建立(jinl)传递函数模型实例第18页/共65页第十九页，共65页。2323(34)(2)ssGsss10.1.3建立传递函数模型(mxng)实例第19页/共65页第二十页，共65页。第20页/共65页第二十一页，共65页。1212()().()( )()().()mnszszszG sKspspsp第21页/共65页第二十二页，共65页。1212()().()( )()().()mnzzzzzzG sKzpzpzp10.2.1零极点(jdin)函数模型简述第22页/共65页第二十三页，共65页。1212

8、;.;.; mnzz zzdenp ppKk 第23页/共65页第二十四页，共65页。sys = zpk(z,p,k) sys = zpk(z,p,k) 得到连续系统的零极点增益模型 sys = zpk(z,p,k,Ts) sys = zpk(z,p,k,Ts) 得到连续系统的零极点增益模型，采样时间为Ts s = zpk(s) s = zpk(s) 得到Laplace算子，按原格式输入系统，得到系统zpk模型 z = zpk(z,Ts) z = zpk(z,Ts) 得到Z变换算子和采样时间Ts，按原格式输入系统，得到系统zpk模型 第24页/共65页第二十五页，共65页。Z,P,K = Z,

9、P,K = ZPKDATA(SYS,v) ZPKDATA(SYS,v) 得到系统的零极点和增益，参数v表示以向量形式表示 p,z = pzmap(sys) p,z = pzmap(sys) 返回系统零极点 pzmap(sys) pzmap(sys) 得到系统零极点分布图 注：前述函数的帮助(bngzh)文档导读第25页/共65页第二十六页，共65页。24(5)( )(1)(2)(22 )(22 )sG ssssj sj第26页/共65页第二十七页，共65页。232728( )41242ssG ssss10.2.3建立零极点函数(hnsh)模型实例第27页/共65页第二十八页，共65页。2224

10、11( )(63)(2 )ssG sssss10.2.3建立(jinl)零极点函数模型实例第28页/共65页第二十九页，共65页。第29页/共65页第三十页，共65页。第30页/共65页第三十一页，共65页。( )( )( )( )( )( )x tAx tBu ty tCx tDu t10.3.1状态空间函数模型状态空间函数模型(mxng)简述简述第31页/共65页第三十二页，共65页。10.3.1状态状态(zhungti)空间空间函数模型简述函数模型简述第32页/共65页第三十三页，共65页。sys = ss(A,B,C,D) 由A，B，C，D矩阵直接得到连续系统状态空间模型 sys =

11、ss(A,B,C,D,Ts) 由A，B，C，D矩阵和采样时间Ts直接得到离散系统状态空间模型 第33页/共65页第三十四页，共65页。A,B,C,D = ssdata(sys) 得到连续系统参数 A,B,C,D,Ts = ssdata(sys) 得到离散系统参数 注：前述函数的帮助(bngzh)文档导读第34页/共65页第三十五页，共65页。6541( )100( )0( )0100( )067( )0 ( )x tx tu ty tx tu t 第35页/共65页第三十六页，共65页。010( )( )( )341( )52( )( )x tx tu ty tx tu t 10.3.3建立状

12、态空间函数模型建立状态空间函数模型(mxng)实例实例第36页/共65页第三十七页，共65页。第37页/共65页第三十八页，共65页。第38页/共65页第三十九页，共65页。tfsys = tf(sys) 将其它类型的模型转换为多项式传递函数模型 zsys = zpk(sys) 将其它类型的模型转换为zpk模型 sys_ss = ss(sys) 将其它类型的模型转换为ss模型 把其它(qt)类型的模型转换为函数表示的模型自身第39页/共65页第四十页，共65页。A,B,C,D= tf2ss(num,den) A,B,C,D= tf2ss(num,den) tf模型参数转换为ss模型参数 num

13、,dennum,den=ss2tf(A,B,C,D,iu) =ss2tf(A,B,C,D,iu) ss模型参数转换为tf模型参数，iu表示对应第i路传递函数 num,dennum,den=ss2tf(A,B,C,D,iu)=ss2tf(A,B,C,D,iu)z,p,k= tf2zp(num,den)z,p,k= tf2zp(num,den)tf模型参数转换为zpk模型参数 num,den=zp2tf(z,p,k) num,den=zp2tf(z,p,k) zpk模型参数转换为tf模型参数 A,B,C,D=zp2ss(z,p,k) A,B,C,D=zp2ss(z,p,k) zpk模型参数转换为s

14、s模型参数 z,p,k=ss2zp(A,B,C,D,i) z,p,k=ss2zp(A,B,C,D,i) ss模型参数转换为zpk模型参数，iu表示对应第i路传递函数 n将本类型传递函数参数转换(zhunhun)为其它类型传递函数参数n注：前述函数的帮助(bngzh)文档导读第40页/共65页第四十一页，共65页。25( )(21)(2)G ssss第41页/共65页第四十二页，共65页。5(2)(4)( )(1)(3)ssG sss10.4.2系统模型之间转换(zhunhun)实例第42页/共65页第四十三页，共65页。0110( )( )( )230110( )00( )x tx tu ty

15、x tu t10.4.2系统(xtng)模型之间转换实例第43页/共65页第四十四页，共65页。22( )2sG sss 10.4.2系统(xtng)模型之间转换实例第44页/共65页第四十五页，共65页。第45页/共65页第四十六页，共65页。第46页/共65页第四十七页，共65页。21( )( )( )G sG sG s第47页/共65页第四十八页，共65页。G(s)Gl(s)+G2(s)第48页/共65页第四十九页，共65页。第49页/共65页第五十页，共65页。( )1*GsG H( )1*GsG H反馈(fnku)连接的化简第50页/共65页第五十一页，共65页。（a）相加点后移等效

16、(dn xio)变换 第51页/共65页第五十二页，共65页。（b）相加点前移等效(dn xio)变换方框图的其它(qt)变换化简第52页/共65页第五十三页，共65页。（c）分支点后移等效(dn xio)变换第53页/共65页第五十四页，共65页。（d）分支点前移等效(dn xio)变换方框图的其它(qt)变换化简第54页/共65页第五十五页，共65页。sys = parallel(sys1,sys2)sys = parallel(sys1,sys2)sys = sys = parallel(sys1,sys2,inp1,inp2,parallel(sys1,sys2,inp1,inp2,o

17、ut1,out2) out1,out2) 并联两个系统，等效于sys = sys1 + sys2对MIMO系统，表示sys1的输入inp1与sys2的输入inp2相连，sys1输出out1与sys2输出out2相连 sys = series(sys1,sys2)sys = series(sys1,sys2)串联两个系统，等效于sys = sys2 * sys1第55页/共65页第五十六页，共65页。sys = feedback(sys1,sys2) sys = feedback(sys1,sys2) 两系统负反馈连接，默认格式 sys = sys = feedback(sys1,sys2,si

18、gn) feedback(sys1,sys2,sign) sign=-1表示负反馈，sign=1表示正反馈。等效于sys=sys1/(1sys1*sys2) sys = sys = feedback(sys1,sys2,feedin,feedback(sys1,sys2,feedin,feedout,sign) feedout,sign) 对MIMO系统，部分反馈连接。sys1的指定输出feedout连接到sys2的输入，而sys2的输出连接到sys1的指定输入feedin，以此构成闭环系统。sign标识正负反馈，同上 10.5.2 系统模型(mxng)连接化简函数 第56页/共65页第五十七页，共65页。2111( ),2( )5234G sGssss第57页/共65页第五十八页，共65页。(bnbn)的MATLAB中会提示已过时，并建议用feedback代替之。10.5.3系统(