典型二阶系统的计算机仿真,计算机仿真第七章.doc

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第7章控制系统的计算机辅助分析主要介绍利用 MATLAB 的控制系统工具箱所提供的函数对线性系统进行计算机分析和处理。 7.1 控制系统的稳定性分析复****线性系统的稳定性取决于系统的极点在根平面上的位置。如果一个连续系统的所有极点都位于左半 s 平面,则该系统是稳定的。对离散系统, 如果系统的所有极点都位于单位圆内, 则该系统是稳定的。 1. 利用极点判断系统的稳定性思路: 直接求出系统所有的极点, 然后根据极点的分布情况来确定系统的稳定性。[例 7-1] 已知闭环系统的传递函数为 12253 2423)( 2345 234??????????sssss sssssG 判断系统的稳定性,并求出不稳定极点。解: %ex7_1.m [例 7-2] 已知离散系统的开环脉冲传递函数为 5 23455.036.045)(z zzzzzzG ??????判断单位负反馈系统的稳定性。解: %ex7_2.m 2. 利用特征值判断系统的稳定性知识:线性定常系统???????uxy uxxDC BA ?的特征方程为 0 1 11?????????nn nnasasass? AI 特征方程的根称为系统的特征根,即系统的闭环极点。[例 7-3] 已知系统的状态方程为 uxx??????????????????????????????????????2 22 24 46 75 .025 .075 .125 .1 125 .15.025 .0 25 .025 .125 .425 .2 5.025 .1525 .2?判断系统的稳定性。解: %ex7_3.m 3. 利用 Lyapunov 第二方法判断系统的稳定性知识:线性定常连续系统 Ax x??在平衡状态 0? ex 处,渐近稳定的充要条件是:对任给的一个正定对称矩阵 Q ,存在一个正定的对称矩阵 P ,且满足矩阵方程 Q PA PA T???同时标量函数 Px xxV T?)( 是这个系统的一个二次型形式的 Lyapuno v 函数。 Lyapunov 方程 Q PA PA T???的求解函数的调用格式: ),(QA lyap P?矩阵 A, Q, P 的维数,与 Lyapunov 方程相对应。一般地,关于 Lyapunov 方程 Q PB AP ???可利用函数),,(QBA lyap P?求解。离散系统的 Lyapunov 方程的求解函数为 dlyap( ) 对称矩阵 A 正定的充要条件: A 的各阶主子式都为正,即 0,,0,0 1 1 11 22 21 12 11 11??? nn n naa aaaa aaa???????或充要条件: A 的特征值全为正。[例 7-4] 设系统的状态方程为 xx?????????11 10?其平衡状态在坐标原点处,试判断该系统的稳定性。解: %ex7_4.m 7.2 控制系统的时域分析 1. 任意信号函数生成任意信号函数的调用格式: [u, t]=gensig(type, Ta) [u, t]=gensig(type, Ta, Tf, T) type=sin 正弦, square 方波, pulse 脉冲序列; Ta—周期。 Tf—持续时间; T—采样周期。[例 7-5] 生成一个周期为 5s, 持续时间为 30s , 采样时间为 0.1s 的方波。解: >>[u,t]=gensig( ’ square ’,5,30,0.1); >>plot(t,u), axis([0,30,-0.5,1.5]) 2. 连续系统的单位阶跃响应单位阶跃响应函数的调用格式: [y, x, t]=step(num, den, t) [y, x, t]=step(A, B, C, D, iu, t) 式中, t 为选定的仿真时间向量; 返回值 y 为由系统在各个仿真时刻的输出所组成的矩阵; x 为自动选择的状态变量的时间响应数据。如果不考虑响应数据 x,y 而只要绘制出系统的阶跃响应曲线, 其调用格式为: step(num, den, t) step(A, B, C, D, t) 时间向量 t 也可省略, 此时由 MATLAB 自动选择一个比较合适的仿真时间。[例 7-6] 设系统的开环传递函数为 ssss sG40 36 8 20 )( 234????求该系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线和最大超调量。解: %ex7_6.m [例 7-7] 对于典型二阶系统 22 22 )( nn nss sG???????试绘制出无阻尼自然振荡频率 6? n?, 阻尼比?分别为 0.2, 0.4, …, 1.0, 2.0 时系统的单位阶跃响应曲线。解: %ex7_7.m 3. 离散系统的单位阶跃响应离散系统单位阶跃响应函数的调用格式: [y, x]=dstep(num, den, n) [y,

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