第二章控制系统 MATLAB 应用

第二章控制系统MATLAB应用

一、MATLAB简介 二、MATLAB基本操作三、控制系统的数学模型的MATLAB描述四、MATLAB应用实训第二章控制系统MATLAB应用

一、MATLAB简介 二、 MATLAB的基本语句结构第一节MATLAB简介

MATLAB的含义是矩阵实验室(MATrix LABoratory), 它是一套用于数值计算的高性能可视化软件。一、MATLAB简介 1.什么是MTALAB 2.MTALAB的功能和特点数值计算功能符号计算功能功能和特点数据分析和可视化功能文字处理功能 Simulink动态仿真功能

3. MATLAB工具箱 1）控制系统工具箱 2）系统辨识工具箱 3）多变量频率设计工具箱 4）神经网络工具箱 5）信号处理工具箱 6）模糊推理系统工具箱

4.MATLAB的工作环境 MATLAB语言的全部功能都是在MATLAB的工作环境中实现的。启动MATLAB后，操作界面如图2—1所示。图2-1 MATLAB操作界面

二、 MATLAB的基本语句结构 1.变量变量由变量名表示，变量的命名是以字母开头，后接字母、数字或下划线的字符串，最多31个字符，且区分大小写。 2.运算符

例2—1 A= ，求这2个矩阵的相加、相减、相乘运算。，B= 解:在命令窗口中输入矩阵A和B，并计算其C=A+B，D=A-B，E=A*B。 >> A=[4 3 ;5 6]; >> B=[2 1;3 4]; >> C=A+B C = 6 4 8 10 >> D=A-B D = 2 2 2 2 >> E=A*B E = 17 16 28 29

3.表达式 MATLAB采用命令形式的表达式语句，每一个命令行就是一个语句。MATLAB的语句有2种形式： 1)表达式 2)变量=表达式表达式由变量名、常数、函数和运算符构成。如下面的表达式都是合法的表达式。例如： 3*sin(2*x) 2*a+c*d

一、 MATLAB基本命令 二、MATLAB文件基础第二节 MATLAB基本操作

一、 MATLAB基本命令 1.文件管理表2—6 MATLAB的文件管理命令

2.矩阵运算 将矩阵的元素用 “[ ]”括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一行的各元素之间用空格或逗号分割，行与行之间用分号或Enter隔开。 3.数学函数

4.多项式运算 MATLAB使用行向量来表示多项式的系数，行向量中各元素按照多项式项的次数从高到低排列,对于多项式可以用行向量来表示。注意：对于系数为0的项，必须用0填充。

5. 图形绘制 表2-10 MATLAB的绘图和图形修饰命令

第三节控制系统的数学模型 的MATLAB描述一、传递函数描述二、环节组合三、结构图描述及转换

一、传递函数描述 • 微分方程形式 2．传递函数形式

二、环节组合 3.积分环节 • 比例环节 2.惯性环节 4.微分环节

三、结构图描述及转换 1.串联结构的等效变换 2.并联结构的等效变换

3.反馈连接的等效变换

第四节MATLAB应用实训 一、时域表达式与传递函数转换二、结构图等效变换三、对温度控制系统进行MATLAB仿真

一、时域表达式与传递函数转换 1.用MATLAB求时域表达式的拉氏变换例2—12 求和的拉氏变换。解:M文件如下: syms t ; %指定t为符号变量 x1t=sin(2*t) subplot(2,2,1);ezplot(x1t) x2t=exp(-2 * t) subplot(2,2,2);ezplot(x2t) x1s=laplace(x1t) subplot(2,2,3);ezplot(x1s) x2s=laplace(x2t) subplot(2,2,4);ezplot(x2s)

输出结果: x1t =sin(2*t) x2t = exp(-2*t) x1s =2/(s^2+4) x2s =1/(s+2)

2.用MATLAB求解信号的拉氏逆变换 例2—13 求下列复频域函数的拉氏逆变换解:M文件如下: syms s; %指定s为符号变量 xs=atan(1/s) %atan为反正切函数 subplot(2,1,1);ezplot(xs) xt=ilaplace(xs) subplot(2,1,2);ezplot(xt)

输出结果为 xs = atan(1/s) xt =1/t*sin(t)

二、结构图等效变换 例2—14 两个子系统按图所示的方式进行反馈连接，求闭环系统的传递函数。

解:在命令窗口中输入 >> numg=[2 5 1]; >> deng=[1 2 3]; >> numh=[5 10]; >> denh=[1 10]; >> [num,den]= feedback (numg,deng,numh,denh)%sign缺省，表示负反馈连接执行后输出结果： num = 2 25 51 10 den = 11 57 78 40 由此得到的闭环系统的传递函数为：

三、对温度控制系统进行MATLAB仿真 例2—16 有一温度控制系统如图2—13所示，蒸汽与冷流体直接接触，将冷流体加热，工艺要求热物料出口温度一定。方框图如图2—14所示。已知：，，，，，试绘制出： ①系统在阶跃设定作用下的过渡过程曲线。阶跃干扰作用下的过渡过程曲线。 ②系统在冷物料温度

图2—13 温度控制系统图

图2—14 温度控制系统方框图

程序如下： Gm=tf([1],[2.5 1]); Go=tf([5.4],[5 1]); Gc=1.6; Gv=1.5; G1=feedback(Go*Gv*Gc,Gm); G=G1*Gm; t=0:0.1:12; y1=step(G,t); Gf=tf([1],[5 1]); G2=feedback(Gm,Go*Gv*Gc); T=Gf*G2; u=10*(1+0*t); y2=lsim(T,u,t); hold on plot(t,y1) plot(t,y2) hold off

阶跃设定作用下的过渡过程曲线。 1——系统在阶跃干扰作用下的过渡过程曲线。 2——系统在

第二章控制系统 MATLAB 应用