matlab入门学习-06控制系统的分析方法

运用MATLAB 对控制系统地分析一、根轨迹分析Ks +1i1•已知系统地前向通道传递函数为G c (s)=，G o (s)=，反馈通道传递函数为 H (s )= ----------s + 5s(s+8) s+2试绘制出系统闭环根轨迹图 • b5E2RGbCAP新建Script 文件，进行编辑程序(wsk1 )如下图1所示.'Editor - D:\Proararn Files\MATLAB,,j 回Edit Text Go CelFile Took9，1X:o e ■希■ ■ 01▼+s 目 瑁 ■ 1.0 +寺 11 x1 - Gc=tf (1, [1 5]):uJ2 - G0=tf ([1 1], [1 80]);3 - [1 21);4 -rlocus (Gc*G0*H ：i :5 -v=[-10 10 -10 13]6 -axis (v);grid onLn 4Col 17 OVR1.wsk1程序wsk1运行结果如图2所示.图2.根轨迹图pxc VTanrga p0.58 0.44 0.3 0.1412 10L0.7280.8460.92420.98■ ■L = --1 ■s0.9820.924*■0.84680 72 0.58 0.440.3 0.14r[T / frr r10Root Locus5 0-5 -8-6-4-2 102 Real Axis46 8 10阶系统地响应，并绘制一簇阶跃响应曲线.plEanqFDPw编辑程序(wsk2)如下图3所示•Editor• D:\Progrdm Fi|&s\MATLAB\R2010b\bL 旦・l% Edit 琢 血 Cdl ToolsD 肌…]r■ |•刁 e | * 0 * oE 计口 F ・[11 »冋-1.0+ 亠 1.1 x | 显嶽 Q1 1 -nujn=l ;y=zeros(2C0, I) ：i=0; 匚 口|2 -for l)c=0. L; 0. 1:13 -d*n= [l t 2*bc 3 1]; 4-t=[0：0. 1 ： 19.9] : 1 5 — sys=tf (anitj den) : t 6 一 i=i+r|17 — y ij=£tep (sys, t ): 3 --±nd9 _ 1 r.mesh*flipud 1y)j [-100 20] 1■^4:'wskl.rfl x wsk2,rri xscriptLn 6C Q I 11 OVR3.wsk2程序wsk2运行结果如下图4所示二、时域分析2.已知二阶系统地传递函数为:，当计=1时，试计算E 从0.1变至1时二图4.阶跃响应曲线（以0.1到1 ）3.已知二阶系统为：kW'+cs + k，厂1,2,4 ｝，k= ｛皿2,29人绘制该系统所对应地三组不同参数下地阶跃响应曲线.DXDiTa9E3d编辑程序（WSk3 ）如下图5所示.* Editor - D:\Program Fi I AT LA B\R201C b\bi n\M 「回图5.程序wsk3程序wsk3运行结果如图6所示.1.4c =1 k=1.25c=2 k=2/c=4 k=2 9t i0.6 1.2 0.8 0.4 0.2 104.已知单位反馈开环零极点增益模型为: 图6.不同参数下地阶跃响应3(2s 1)G(汨打G ，试绘制该系统单位斜坡响应曲线,并计算单位斜坡响应地稳态误差 (1 )判断系统稳定性，编辑程序( wsk4 1 )如图 7 所示. 、Editor - Di\Progr^mFile5\MATLA R . File Edit Text Go T QQ I^：o a ■船■眉专*|©0*5;沪[-2 1 0]: InL dl]=ZP2TF(z J p,k): s^tf (nlj dl):sys=feedback (Sj 1); roots (sys. d?n (1Hw£k2.m梵 W5k3.m x iArsk4.1 刈tfileLn 4 Col IQOVR图7.程序wsk4 1程序wsk4 1运行结果如下所示ans =-0.1084 + 1.9541i -0.1084 - 1.9541i -0.7832由于所有根均有负实部，故闭环系统稳定 (2)求单位阶跃响应曲线及稳态误差：编辑程序(wsk4_2 )如下图8所示.j Editor - D:\Prvgram Fi|es\M AT LA DIObVbi n\M 百L」= 旦!File Edit Text Go Tools Debug Desktop »? xh1□已・i器町兔IE矗可口| ：cl | 一 | + + 1.1 x | 遼・|~ ]£=6;2z=-0.5:3p=I-2 1 0];4[nl,dl]=zp2tf (Zj pj k):5s=tf (nl, dl):6sys^eedback (s, 1);7t=[0:fl.1:30]:s y=stept J :9subplot (121 pl ot1y). gri d10^s=l-y；11subplot ■ 122)plot *1, es), gridf______________________ wsk3.m * wsk4.1 乂|^wsk4J x |=nplain text file Ln 8 Col 10 OVR图8.程序wsk4_2程序wsk4_2运行结果如图9所示图9.单位阶跃响应曲线及其误差响应曲线（3）求单位斜坡响应曲线及稳态误差：编辑程序（wsk4_3 ）如图10 所示.程序wsk4 3运行结果如下图11所示.ess =-0.6678图11.单位斜坡响应曲线及其误差响应曲线三、频域分析图10.程序wsk4 32 7 2 75.已知两个单位负反馈系统开环传递函数分别为：G i (s)=—— ------ , G2(S )= ———— 试s + 5s + 4ss + 5s - 4s用Bode 图法判断闭环系统地稳定性 .编辑程序(wsk5 )如图12所示./ Editor - DAHognam Fi|ei ；\MATLAB\R2D10b\bi"\MI 0，回Ale Edit Text Ga Cell Tools Debug Desktop®? XI 口已■諾、F y 士亘”為•晔盹削”丑”口 ”|二昌喝[■ ]10_ + |_* |i.i ' K I 邀 I Q,________ I1 - nun I -[0 0 0 2.7): 亠口|2 — denl= [1 S 4 0);3 « sysl=tf (imiilj denJ!):4 一 f igure (i) "hold on5 一 [<■… vqSj. vcf]=ii3r|：ii ,i(sysl); 6 一 Aaceintsysl):7 - titn r 对数频率持科圉门：| 8 ― xlabelf 4^^rad/sec*》； 自 « yLabeK^Gahn dB B);10>E11 一 rvun2二[Q 0 0 2.7].. 12 一 den2=[i 5 ^4 0]: 13 — 5ys2=tf CHLU12, dm2). 1*1 - f ig?ire<2):15三[皿叫平?小1：6：]5中讪57竝); 16 一 n.axgiin (sys2): 17 一 title 13 -xlab el 『城至zd/ s ec J);19 = ylabelCGain dE^): .2 usages of "nu... script| Ln 7 Cal IS [ OVR图12.程序wsk5运行程序wsk5结果如图13和图14 所示.可以判定系统1稳定，系统2不稳定.对数频率特性图1频率 rad/sec (rad/sec)xtofl^ea^rrngaM 50-50-100\IQeacDDa G-150 -90-135-180-225-27010 101010 210-2-11图13.传递函数G1伯德图图14.传递函数G 2伯德图版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理 •版权为个人所有This articlein eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n.Copyright is pers onal own ership.RTCrpuDGiT用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性 或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网 站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时， 须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬 .5PCzVD7HxAUsers may use the contents or services of this article for pers onal study, researchor appreciati on, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisi ons of copyright law and other releva nt laws, and shall not infringe upon the legitimate rights of this website and its releva nt obligees. In additi on, when any content or service of this article is used for other purposes, written permissi on and remun erati on shall be obta ined from the pers on concerned and the releva nt obligee.jLBHmAiLg转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合 理、善意引用，不得对本文内容原意进行曲解、修改，并自负版权等法律责-150 -210nraG-2702对数频率特性图2-50-100-240-2 -1 0 110 10 10 10频率 rad/sec (rad/sec)10任.XHAQX74J0XReproducti on or quotati on of the content of this article must be reas on able and good-faith citati on for the use of n ews or in formativepublic free information. It shall not misinterpret or modify the original intention of thecontent of this article, and shall bear legal liability such as copyright. LDAYtRyKfE。

MATLAB中常用的控制系统设计技巧MATLAB是一种广泛应用于科学与工程计算的高级编程语言和环境。

在控制系统设计中，MATLAB提供了许多强大的工具和函数，可以帮助工程师进行系统建模、分析与设计。

以下是MATLAB中常用的控制系统设计技巧的介绍：1.系统建模2.系统分析3.控制器设计在MATLAB中，有多种方法可以进行控制器设计。

根据系统的需求，可以选择经典（SISO）控制器设计方法，如PID控制器，或者现代（MIMO）控制器设计方法，如线性二次调节器（LQR）。

MATLAB提供了一系列用于系统控制器设计的函数和工具箱，如pidtool、sisotool和lqr。

4.基于优化的设计MATLAB中结合了优化算法和系统设计的功能，可以实现基于优化的控制器设计。

使用MATLAB的优化工具箱，可以通过最小化目标函数来优化控制器的性能指标。

例如，可以使用fmincon函数来优化控制器的参数，以满足给定的性能要求。

5.系统仿真MATLAB中的Simulink工具可以用于系统建模和仿真。

Simulink提供了一个图形化界面，用户可以使用不同的模块来描述系统的结构和行为。

通过连接这些模块，可以构建一个完整的系统模型，并对其进行仿真。

这种图形化的建模和仿真环境使得系统设计更加直观和灵活。

6.多变量系统分析MATLAB中的控制系统工具箱提供了多变量系统分析的功能。

可以使用函数如sigma（奇异值分解）、svd（奇异值分解）等来进行系统的频域分析。

此外，MATLAB还提供了一些用于多变量控制器设计的工具，如H∞合成和μ合成。

7.稳定性分析稳定性是控制系统设计中的一个重要指标。

MATLAB中提供了一些函数和工具箱，可以帮助用户分析系统的稳定性。

例如，可以使用margin 函数来计算系统的增益裕度和相位裕度，以评估系统的稳定性。

MatIab技术控制系统性能分析指南概论当今社会，控制系统已成为各种领域中重要的技术和应用之一。

它们被广泛用于工业自动化、机电设备、航天航空等众多领域中。

控制系统的性能分析是确保系统正常运行和提高系统性能的必要步骤。

Mat1ab作为一种功能强大的工具，为控制系统性能分析提供了多种方法和技术。

本文将介绍一些基本的MaIIab技术，帮助读者进行控制系统性能分析。

一、系统建模在进行控制系统性能分析之前，首先需要进行系统建模。

系统建模是将实际物理系统抽象为数学模型的过程。

掌握系统建模方法对于准确分析系统性能至关重要。

Mat1ab提供了一系列工具和函数，可以用于快速建立系统模型。

有两种常用的系统建模方法：时域建模和频域建模。

1.时域建模时域建模基于系统的时间响应特性。

通过测量系统的输入和输出信号，并对其进行采样和离散化，可以得到系统的差分方程。

MaUab中的State-space函数是进行时域建模的常用工具。

它可以根据系统的状态方程和输出方程生成系统模型。

可以使用如下代码进行建模：A=∏2;341;B=[1;1];C=[10];D=O;sys=ss(A,B,C,D);其中，A、B、C和D分别表示状态空间方程的系数矩阵。

利用该函数建立的系统模型可以方便地进行时域性能分析。

2.频域建模频域建模基于系统的频率响应特性。

通过测量系统的输入和输出信号的频谱，并进行信号处理，可以得到系统的传递函数。

Mat1ab中的tf函数是进行频域建模的常用工具。

它可以根据系统的传递函数生成系统模型。

可以使用如下代码进行建模：num=[1];den=[11];sys=tf(num,den);其中，num和den分别表示传递函数的分子和分母系数。

利用该函数建立的系统模型可以方便地进行频域性能分析。

二、系统性能评估建立了系统模型之后，就可以进行系统性能的评估了。

针对不同的性能指标，可以使用不同的分析方法。

1稳态误差分析稳态误差衡量了系统在输入信号为稳态信号时的输出误差。

用MATLAB进行控制系统的动态性能的分析MATLAB是一款功能强大的工具，可用于控制系统的动态性能分析。

本文将介绍使用MATLAB进行动态性能分析的常用方法和技巧，并提供实例来说明如何使用MATLAB来评估和改进控制系统的性能。

控制系统的动态性能是指系统对输入信号的响应速度、稳定性和精度。

评估控制系统的动态性能往往需要分析系统的阶跃响应、频率响应和稳态误差等指标。

一、阶跃响应分析在MATLAB中，可以使用step函数来绘制控制系统的阶跃响应曲线。

假设我们有一个系统的传递函数为：G(s)=(s+1)/(s^2+s+1)要绘制阶跃响应曲线，可以按照以下步骤操作：1.自动生成传递函数：num = [1 1];den = [1 1 1];G = tf(num,den);2.绘制阶跃响应曲线：step(G);二、频率响应分析频率响应分析用于研究控制系统对不同频率输入信号的响应特性。

在MATLAB中，可以使用bode函数来绘制控制系统的频率响应曲线。

假设我们有一个传递函数为：G(s)=1/(s+1)要绘制频率响应曲线，可以按照以下步骤操作：1.自动生成传递函数：num = [1];den = [1 1];G = tf(num,den);2.绘制频率响应曲线：bode(G);运行以上代码，MATLAB将生成一个包含系统幅频特性和相频特性的图形窗口。

通过观察频率响应曲线，可以评估系统的增益裕度（gain margin）和相位裕度（phase margin）等指标。

三、稳态误差分析稳态误差分析用于研究控制系统在稳态下对输入信号的误差。

在MATLAB中，可以使用step函数结合stepinfo函数来计算控制系统的稳态误差。

假设我们有一个传递函数为：G(s)=1/s要计算稳态误差，可以按照以下步骤操作：1.自动生成传递函数：num = [1];den = [1 0];G = tf(num,den);2.计算稳态误差：step(G);info = stepinfo(G);运行以上代码，MATLAB将生成一个阶跃响应曲线的图形窗口，并输出稳态误差等信息。

MATLAB中的控制系统设计方法解析一、引言控制系统设计是现代工程领域中的重要任务之一。

在工程实践中，控制系统的设计往往涉及到模型建立、系统分析、控制器设计和系统性能评估等多个方面。

而在MATLAB软件中，我们可以利用其强大的数值计算能力和丰富的控制系统工具箱，实现高效、准确的控制系统设计。

本文将深入探讨MATLAB中常用的控制系统设计方法，帮助读者更好地理解和运用MATLAB进行控制系统设计。

二、控制系统设计的基础1. 控制系统建模在进行控制系统设计之前，首先需要对被控对象进行建模。

MATLAB提供了多种建模方法和技术，包括基于物理原理的建模、基于数据的建模以及系统辨识等。

对于线性系统，可以使用传递函数模型或状态空间模型进行描述。

而对于非线性系统，则需要使用非线性方程或离散时间模型来进行建模。

2. 系统分析与性能要求在进行控制系统设计之前，我们需要对系统进行详细的分析，并明确性能要求。

MATLAB中提供了丰富的系统分析工具，包括时域分析、频域分析、稳定性分析、灵敏度分析等。

通过这些工具，我们可以清晰地了解系统的动态特性和频率响应，并根据性能要求来选择合适的控制策略。

三、控制器设计方法1. PID控制器设计PID控制器是最常用的控制器之一，它具有简单、易于实现的特点。

在MATLAB中，可以使用pidtune函数进行PID控制器的设计。

该函数通过优化PID参数，使系统的指定性能要求得到满足。

可以根据系统的阶跃响应、频率响应等指标来进行参数优化。

除了pidtune函数，MATLAB中还提供了pid函数和pid2函数，用于生成PID控制器。

2. 线性二次型控制器设计线性二次型控制器（LQR）是一种常用的优化控制方法，它通过优化状态反馈增益矩阵来实现系统的稳定和性能优化。

在MATLAB中，可以使用lqr函数进行LQR控制器的设计。

该函数需要输入系统的状态方程、控制权重矩阵和状态权重矩阵，通过求解Riccati方程得到最优的状态反馈增益矩阵。

MATLAB：经典控制系统的分析和设计9.3.1 基本操作及命令1. 访问和退出MATLAB在大多数系统中，一旦安装了MATLAB，在调用时，应执行命令MATLAB。

退出MATLAB应执行命令exit或quit。

2. 如何应用MATLAB通常以命令驱动方式应用MATLAB。

当输入单个命令时，MATLAB会立即对其进行处理，并且显示处理结果。

MATLAB 也能够执行存储在文件中的命令序列。

通过键盘输入的命令，应用向上箭头键可以被存取。

通过输入某个最新命令和调用特定的命令行，可以使屏幕内容向上滚动。

3. MATLAB的变量MATLAB的一个特点是变量在应用之前不必是维数确定的。

在MATLAB中，变量一旦被采用，会自动产生（如果必要，变量的维数以后还可以改变）。

在命令exit或quit输入之前，这些变量将保留在存储器中。

为了得到工作空间内的变量清单，可以通过键盘输入命令who，当前存放在工作空间内的所有变量便会显示在屏幕上。

命令clear能从工作空间中清除所有非永久性变量。

如果只需要从工作空间中清除某个特定变量，比如“x”，则应输入命令clear x。

4. 以“%”开始的程序行在本书中，许多MATLAB程序在编写时附有注解和说明，这些注解和说明阐明了发生在程序中的具体进程。

在MATLAB 中以“%”开始的程序行，表示注解和说明。

符号“%”类似于BASIC中“REM”。

以“%”开始的行，用来存储程序的注解或说明，这些注解和说明是不执行的。

这就是说，在MATLAB程序行中，出现在“%”以后的一切内容都是可以忽略的。

如果注解或说明需要一行以上程序行，则每一行均需以“%”为起始。

5. 应用分号操作符分号用来取消打印。

如果语句的最后一个符号是分号，则打印被取消，但是命令仍在执行，而结果不再显示。

这是一个有益的特性，因为打印中间结果可能不必要。

此外，在输入矩阵时，除非最后一行，分号用来指示一行的结束。

6. 应用冒号操作符冒号操作符在MATLAB中起着重要作用。

控制系统设计与分析MATLAB1. 引言控制系统是现代工程中的重要部分，它在各个领域中起着至关重要的作用。

MATLAB (Matrix Laboratory) 是一种广泛应用于科学与工程计算的高级技术计算与模型设计与仿真软件。

本文将介绍使用MATLAB进行控制系统的设计与分析的基本原理和方法。

2. 控制系统设计2.1. 控制系统概述控制系统主要由输入、输出和控制器组成。

输入是指系统的外部输入信号，输出是系统产生的响应信号，而控制器则决定输出信号如何调整以使系统达到所需的性能指标。

2.2. 开环控制系统设计开环控制系统是一种不考虑系统输出信号对控制器的影响的控制系统。

在MATLAB中，可以使用控制系统工具箱进行开环控制系统的设计。

首先，我们需要构建系统的传递函数模型，然后可以使用工具箱中的函数来设计控制器。

2.3. 闭环控制系统设计闭环控制系统是一种通过系统输出信号反馈给控制器来调整输出信号的控制系统。

在MATLAB中，可以使用控制系统工具箱进行闭环控制系统的设计。

与开环控制系统类似，我们需要构建系统的传递函数模型，并使用工具箱中的函数设计控制器。

不同的是，闭环系统设计中还需要考虑稳定性和性能指标。

2.4. 调整控制器参数在控制系统设计过程中，控制器的参数调整对系统性能有很大影响。

MATLAB 提供了多种方法来帮助我们调整控制器参数，例如PID调节器和根轨迹设计等。

通过实时仿真和反馈，我们可以调整控制器参数以满足系统性能要求。

3. 控制系统分析3.1. 系统响应分析控制系统的性能可以通过分析系统的响应来评估。

在MATLAB中，可以使用step函数、impulse函数和freqresp函数等来分析系统的阶跃响应、脉冲响应和频率响应。

通过分析这些响应，我们可以评估系统的稳定性、阻尼性能和频率特性等指标。

3.2. 频域分析频域分析是通过将输入和输出信号在频域上进行转换来分析系统的特性。

在MATLAB中，可以使用fft函数和bode函数等来进行频域分析。

如何使用Matlab进行控制系统设计和分析引言：控制系统是现代工程领域中一个重要的研究方向，它在许多领域中发挥着重要作用，例如航空航天、汽车工程、机械工程等。

Matlab作为一种功能强大的工具，可用于控制系统设计和分析。

本文将介绍如何使用Matlab进行控制系统设计和分析，从基本概念到具体应用等方面进行讲解。

一、Matlab中的控制系统工具箱Matlab提供了控制系统工具箱，该工具箱包含了一系列用于控制系统设计和分析的函数和工具。

通过调用这些函数，我们可以方便地创建、分析和优化控制系统。

二、控制系统的基本概念在进行控制系统设计和分析前，我们需要了解控制系统的基本概念。

控制系统由输入、输出和系统本身组成。

输入是控制系统接收的信号，输出是控制系统产生的信号。

系统本身是由一些元件组成的，例如传感器、执行器和控制器等。

三、Matlab中的控制系统建模在进行控制系统设计和分析前，我们需要对系统进行建模。

建模是指将现实世界中的系统抽象为数学模型。

Matlab提供了建模工具，例如传递函数、状态空间模型等，可以方便地进行系统建模。

四、控制系统的稳定性分析控制系统的稳定性是控制系统设计中一个重要的指标。

Matlab提供了稳定性分析工具，例如根轨迹法、Nyquist法等。

通过分析系统的稳定性，我们可以评估系统的性能。

五、控制系统的性能指标评估除了稳定性外，性能指标也是控制系统设计中需要考虑的因素。

Matlab提供了性能指标评估工具，例如超调量、调节时间等。

通过评估系统的性能指标，我们可以优化控制系统的性能。

六、控制系统的设计和优化控制系统的设计和优化是实际应用中的核心任务。

Matlab提供了控制系统设计和优化工具，例如PID控制器设计、最优控制器设计等。

通过设计和优化控制系统，我们可以提高系统的鲁棒性和性能。

七、控制系统的仿真和验证在设计和优化控制系统后，我们需要进行系统的仿真和验证。

Matlab提供了仿真和验证工具，例如Simulink等。

Matlab中的控制系统设计与实现方法概述：控制系统是现代工程中不可或缺的一部分，在各种领域都有广泛的应用。

而在控制系统的设计与实现中，Matlab作为一种强大的工具和平台，为工程师们提供了方便快捷的方法和功能。

本文将介绍Matlab中控制系统设计与实现的一些常见方法和技巧，帮助读者更好地利用Matlab进行控制系统的开发工作。

一、系统建模与评估系统建模是控制系统设计的第一步，而Matlab中提供了丰富的函数和工具来支持系统建模工作。

首先，可以利用Matlab中的信号处理工具箱进行信号分析和特征提取，从实际系统中采集到的数据中提取出有用的信息。

然后，可以使用系统辨识工具箱来估计系统的传递函数或状态空间模型，并对系统进行参数辨识和误差分析。

此外，还可以使用Matlab中的PID控制工具箱对系统进行仿真和性能评估，从而选择合适的控制器类型和参数。

二、控制系统设计方法在控制系统设计中，经典的PID控制器常常是最常用的一种。

在Matlab中，可以使用pid函数来创建PID控制器，并使用simulink来进行系统仿真。

此外，Matlab还提供了其他类型的控制器设计方法，如模糊控制、自适应控制、最优控制等。

这些控制器设计方法可以根据系统的特点和需求来选择，并用Matlab进行相应的建模、仿真和调试工作。

三、多变量控制系统设计对于多变量控制系统，Matlab中的多变量控制工具箱是一个非常有用的工具。

可以使用此工具箱来设计和调试多变量控制系统，并进行性能分析和优化。

此外，Matlab还支持频域分析和频域设计方法，可以用于对多变量系统进行频谱分析和频域优化。

四、控制系统实现与调试在控制系统设计完成后，需要将设计好的控制器实现到实际系统中，并对系统进行调试和优化。

Matlab提供了一系列的实时控制和调试工具箱，如数据采集工具箱、实时仿真工具箱等，可以帮助工程师们进行控制器的实时实施和调试工作。

此外，Matlab还支持与硬件设备的接口，可以将设计好的控制器实时连接到实际系统中，实现对系统的实时控制与监控。