matlab控制系统仿真绘图.ppt

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1、控制系统仿真绘图,第4章 MATLAB绘图,在进行控制系统仿真结果的绘图时，可以应用前面所述的一般绘图方法。另外，在控制工具箱中(toolboxcontrol)，MATLAB专门准备了一系列控制系统的分析用的专用函数，在执行这些函数的同时，既可以得到仿真结果图形。,第4章 MATLAB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4章 MATLAB绘图,y,x,t=impulse(num,den)返回变量格式，不绘图。

2、y=y(t)为输出响应，x=x(t)为状态变量，t为时间向量。,第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,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章 MATLAB绘图,lsim(num,den,u,T)给定系统多项式模型num,den，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,

3、u,T)。,第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,【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),第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,第4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-38-2所示。,第4章 MATLAB绘图,impu

4、lse(num2,den);impulse(num3,den);输入命令窗口如图4-38-3所示。,第4章 MATLAB绘图,脉冲响应曲线如图4-38-4所示。,第4章 MATLAB绘图,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=ilaplace(1/(s2+2*s+10),第4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-39-1所示。,第4章 MATLAB绘图,f2=ilaplace(s/(s2+2*s+10)显示演示结果如图4-39-2所示。,第4章 MATLAB绘图,f

5、3=ilaplace(s2/(s2+2*s+10)显示演示结果如图4-39-3所示。,第4章 MATLAB绘图,【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),第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,第4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-40-2所示。,第4章 MATLAB绘图,hold onstep(num2,den)输入命令窗口如图4-40-3所示。,第4章 MATLAB绘图,阶跃响应曲线如图4-4

6、0-4所示。,第4章 MATLAB绘图,显然，系统有s=-5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4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-40-5所示,则超调量增加了8%。,第4章 MATLAB绘图,【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matlab中演示),第4章 MATLAB绘图,输入命令窗口如图4-41-2所示。num1=2;den1=1 2 2

7、;t=0:0.1:10;u=t;lsim(num1,den1,u,t);hold on,第4章 MATLAB绘图,第4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-41-3所示。,第4章 MATLAB绘图,plot(t,u,r:)输入命令窗口如图4-41-4所示。,第4章 MATLAB绘图,型系统对斜坡信号的跟踪曲线如图4-41-5所示。,第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,第4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-

8、41-7所示。,第4章 MATLAB绘图,plot(t,u,r:)输入命令窗口如图4-41-8所示。,第4章 MATLAB绘图,型系统对斜坡信号的跟踪曲线如图4-41-9所示。,第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB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4章 MATLAB绘图,m,p,w=

9、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4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,gm,pm,wcg,wcp=margin(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4章 MATLAB绘图,nichols(num,de

10、n)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4章 MATLAB绘图,m,p,w=Nichols(num,den)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4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,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4章 M

11、ATLAB绘图,【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),第4章 MATLAB绘图,num=15;den=1 2 10 0;margin(num,den)输入命令窗口如图4-42-1所示。,第4章 MATLAB绘图,第4章 MATLAB绘图,系统的稳定裕度如图4-42-2所示。,第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,【4.39】控制系统

12、的开环传递函数为 作奈奎斯特图。(在matlab中演示),第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,输入命令窗口如图4-43-1所示。,第4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-43-2所示。,第4章 MATLAB绘图,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

13、4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB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),第4章 MATLAB绘图,num=15;den=1 2 10 0;ngrid(new)输入命令窗口如图4-44-1所示。,第4章 MATLAB绘图,第4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-44-2所示。,第4章 MATLAB绘图,nichols(num,den)输入命令窗口如图4-44-3所示。,第4

14、章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-44-4所示。,第4章 MATLAB绘图,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4章 MATLAB绘图,k,r=rlocfind(num,den)给定控制系统的开环多项式模型num,den，作根轨迹图，并用鼠标在图上选定闭环极点的位置，返回对应的增益k和闭环极点的值。pzmap(num,den)或者pzmap(p,z)在复数平面上画出零极点的位置。,第4章 MATLAB绘图,【例4.41】给定系统 作根轨迹图，并确定临界增益的值。(在matlab中演示),第4章 MATLAB绘图,num=1;den=1 2 2 0;rlocus(num,den)输入命令窗口如图4-45-1所示。,第4章 MATLAB绘图,第4章 MATLAB绘图,作根轨迹图如图4-45-2所示。,第4章 MATLAB绘图,k,r=rlocfind(num,den)输入命令及运算结果窗口如图4-41-3所示。,第4章 MATLAB绘图,显示演示结果如图4-45-4所示,解得临界增益约为k=4.0682，选择点如图4-45-4(“+”点)所示。,