第十三章控制系统工具箱.ppt

控制系统控制系统控制系统控制系统CADCADCADCAD与仿真与仿真与仿真与仿真 第十三章第十三章 控制系统工具箱控制系统工具箱主要内容主要内容13.1 13.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器—— LTI Viewer LTI Viewer 13.2 13.2 单输入单输出系统设计单输入单输出系统设计 工具工具—SISO Design ToolSISO Design Tool13.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器—LTI Viewer •LTI ViewerLTI Viewer简介简介在在MATLAB命令窗口输入命令命令窗口输入命令ltiview,即可进入即可进入LTI Viewer窗口•LTI ViewerLTI 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窗口中的指定系统窗口中的指定系统的对象模型保存到工作空间（的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】】—对新建立或重新启动对新建立或重新启动的的LTI Viewer窗口属性进行设置，对当前窗口无效窗口属性进行设置，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这些属性包括坐标单位、对系统指示参数的描述(如如调节时间的定义、上升时间的定义等）、坐标颜色、调节时间的定义、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13.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器—LTI Viewer2.Edit菜单菜单【【Plot Configurations】】—对显示窗口及显示内容对显示窗口及显示内容进行配置，可以选择进行配置，可以选择LTI Viewer所绘制曲线的布局以所绘制曲线的布局以及不同绘制区域曲线的响应类型选择，其中响应类型及不同绘制区域曲线的响应类型选择，其中响应类型主要有主要有Step、、Impulse、、Bode、、Nyquist、、Nichols、、Pole/Zero等Refresh Systems】】—当显示配置发生变化后，当显示配置发生变化后，使用此命令会使各曲线显示区中的曲线处于最佳显示使用此命令会使各曲线显示区中的曲线处于最佳显示位置。

位置Delete Systems】】—删除当前窗口中的对象模型删除当前窗口中的对象模型Line Styles】】—对显示曲线的颜色、线形、标记、坐标网格等属性进行设置对显示曲线的颜色、线形、标记、坐标网格等属性进行设置 【【Viewer Preference】】—对当前窗口的坐标单位、范围、窗口颜色、字体等对当前窗口的坐标单位、范围、窗口颜色、字体等窗口进行设置，并且该设置对当前窗口进行设置，并且该设置对当前LTI Viewer窗口内所有曲线显示有效窗口内所有曲线显示有效Units选择卡：设置图形显示时的频率、幅值以及相位的单位选择卡：设置图形显示时的频率、幅值以及相位的单位Style选择卡：设置图形显示时的字体、颜色以及绘图网格选择卡：设置图形显示时的字体、颜色以及绘图网格Characteristics选择卡：设置系统响应曲线的特性参数选择卡：设置系统响应曲线的特性参数Parameters选择卡：设置系统响应输出的时间变量与频率变量选择卡：设置系统响应输出的时间变量与频率变量13.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器—LTI Viewer•LTI ViewerLTI Viewer对象模型对象模型⑴⑴tf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⑵⑵ss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⑶⑶zpk对象对象13.1 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⑴⑴曲线显示区的属性设置曲线显示区的属性设置单击右键都会弹出菜单，对选定的曲单击右键都会弹出菜单，对选定的曲线显示区的属性进行设置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 【【Systems】】—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应幅度裕量点、相交裕量点等标记或标记线值响应幅度裕量点、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13.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器—LTI Viewer⑵⑵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，对选择标记在曲线或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点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、下设置数据显示框相对于标记点的位置（上右、上左、下右、下左）。

右、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Nearst—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三种方式的选择，标记点沿着所选择的方向运动13.1 线性时不变系统浏览器线性时不变系统浏览器—LTI Viewer例例13.1.1 典型二阶系统的传递函数为典型二阶系统的传递函数为应用应用LTI Viewer对系统进行分析对系统进行分析1、在、在MATLAB命令窗口输入命令窗口输入sys=tf([0.64],[1,0.8,0.64])ltiview2．．LTI 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，并设置每个窗口，并设置每个窗口响应的类型个窗口响应的类型 单击单击【【File】】∣ ∣【【Import】】，选择在，选择在Workspace中的系统模型，中的系统模型， 13.2 13.2 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• 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 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图形局部放大图形局部放大垂直坐标放大垂直坐标放大水平坐标放大水平坐标放大复原放大图形复原放大图形13.2 13.2 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单击单击【【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13.2 13.2 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 ToolSISO 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Save Session】】—保存设计工作环境保存设计工作环境（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13.2 13.2 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 Tool2.Edit菜单菜单【【Open­Loop 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Open­Loop 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：13.2 13.2 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 Tool3.View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。

Open­Loop Bode】】—显示显示/取消伯德图编辑区取消伯德图编辑区Open­Loop Nichols】】—显示显示/取消尼柯尔斯图编取消尼柯尔斯图编辑区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Closed­Loop 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13.2 13.2 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 Tool5.Analysis菜单菜单【【Response 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Closed­Loop 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Open­Loop 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【【Continuous／／Discrete 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采样时间、连续信号的离散化方法等进行设置Draw Simulink Diagram】】—构造系统的构造系统的Simulink仿真结构图仿真结构图13.2 13.2 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 Tool1、在、在MATLAB命令窗口输入命令窗口输入sys=tf([60,30],[1,9,17,10])sisotool单击单击【【File】】∣ ∣【【Import】】导入数据导入数据2、、SISO Design Tool系统分析系统分析3、、SISO Design Tool系统设计系统设计13.2 13.2 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 Tool1、在、在MATLAB命令窗口输入命令窗口输入sys=tf([15,0.15],[1,0.01,0.0025, 0])sisotool单击单击【【File】】∣ ∣【【Import】】进行数据导入进行数据导入 2、、SISO Design Tool系统分析系统分析3、、SISO Design Tool系统设计系统设计4、、Simulink仿真仿真习题习题13.113.1 系统的传递函数为系统的传递函数为使用使用LTI ViewerLTI Viewer图形工具分析系统。

图形工具分析系统13.213.2 系统的传递函数为系统的传递函数为使用使用SISO Design ToolSISO Design Tool设计，使系统的速度误差系数小于设计，使系统的速度误差系数小于10s10s-1-1，，。