最新课件-机电系统动态仿真matlab电子教案第7章系统频
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机电系统动态仿真matlabPPT电子教案课件-第七章-SIMULINK仿真
离散滤波器 离散零极点 离散状态方程
零阶保持器 一阶保持器
Simulink的基本模块
5.函数与表模块库
模块
功能
Lookup Table
线性插值查表
Lookup Table（2-D） 二维线性插值
Lookup Table（n-D） N维线性插值
PrelookUp Index S 预查下标
Interpolation（n-D） N维插值
认识Simulink
7.1.2 Simulink的启动与退出 1．Simulink的启动
在MATLAB窗口的工具栏中单击
图标
在命令窗口中输入命令： >>simulink
认识Simulink
7.1.2 Simulink的启动与退出 1．Simulink的启动
认识Simulink
7.1.2 Simulink的启动与退出 1．Simulink的启动
Simulink模块库浏览器
标题 菜单栏 工具栏 模块说明 框
基本模块 库
已安装专 用 模块库
模块查找 框
模块显示 框
认识Simulink
如何打开模型编辑窗口？ 启动方式： (1)模块库浏览器的菜单“File”/“New”/“Model”命令 (2)单击工具栏上的 图标
认识Simulink
方法一：
认识Simulink
7.1.1 Simulink简介 Simulink是MATLAB的重要组成部分，提供建立
系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程 序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察 仿真结 启动Simulink并打开模型编辑窗口。 (2) 将所需模块添加到模型中。 (3) 设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。 (4) 设置系统仿真参数。 (5) 开始系统仿真。 (6) 观察仿真结果。
2024版matlab教程(全)资料ppt课件
进行通信系统的建模、仿真和分析。
谢谢聆听
B
C
变量与赋值
在MATLAB中，变量不需要事先声明，可以 直接赋值。变量名以字母开头，可以包含字 母、数字和下划线。
常用函数
MATLAB提供了丰富的内置函数，如sin、 cos、tan等三角函数，以及abs、sqrt等数 学函数。用户可以通过help命令查看函数的
D
使用方法。
02 矩阵运算与数组操作
错误处理
阐述try-catch错误处理机制的语法、 执行流程及应用实例。
04
函数定义与调用
函数概述
阐述函数的概念、作用及分类，包括内置函数和 自定义函数。
函数调用
深入剖析函数的调用方法，包括直接调用、间接 调用及参数传递等技巧。
ABCD
函数定义
详细讲解自定义函数的定义方法，包括函数名、 输入参数、输出参数及函数体等要素。
拟合方法
利用已知数据点构造近似函数，如最小二乘法、多项 式拟合、非线性拟合等。
插值与拟合的比较
插值函数经过所有数据点，而拟合函数则追求整体上 的近似。
数值积分与微分
01
数值积分方法
利用数值技术计算定积分的近似 值，如矩形法、梯形法、辛普森 法等。
02
数值微分方法
通过数值技术求解函数的导数或 微分，如差分法、中心差分法、 五点差分法等。
02
01
矩阵运算
加法与减法
对应元素相加或相减，要求矩阵 大小相同
乘法
使用`*`或`mtimes`函数进行矩阵 乘法，要求内维数相同
点乘与点除
使用`.*`、`./`进行对应元素相乘或 相除，要求矩阵大小相同
特征值与特征向量
matlab教学PPT第7讲MATLAB仿真SIMULINK
>>whos NameSizeBytesClas s ScopeData1x13578structarray Grandtotalis307elementsusing3578bytes
第7讲 SIMULINK 图2-18 通过命令启动Simulink仿真
第7讲 SIMULINK
可见，仿真完成之后，工作空间中出现了“ScopeData” 结构变量，其中包含了示波器显示的全部波形数据。通过 “plot”命令可以作出这些数据对应的波形，
组建用户自定义模块库如果建立了许多自定义的子系统并且已经封装好了而这些已经封装的自定义模块又是会反复使用的就像simulink提供的模块库中那些模块一样在这种情况下就有必要对这些自定义的重用性较好的模块进行建库以方便管理和反复使用同时也可以作为新的专业库提供给其他用户使用
第7讲 SIMULINK
第7讲 MATLAB仿真_SIMULINK
第7讲 SIMULINK
• Simulink全方位地支持动态系统的建模仿真，它支持连 续系统、离散系统、连续离散混合系统、线性系统、非 线性系统、时不变系统、时变系统的建模仿真，也支持 具有多采样速率的多速率系统。可以说，在通用系统仿 真领域，Simulink是无所不包的。
• 结合MATLAB编程和Simulink可视化建模仿真各自的特 点，可以构建更为复杂的系统模型，并进行自动化程度 更高的仿真和仿真结果的数据分析，这是MATLAB的高 级应用方面。
第7讲 SIMULINK 图2-15 仿真结果
第7讲 SIMULINK
• 更换信号源为Sources子模块库中的SignalGenerator，并设置 信号源为0.2Hz的方波，幅度为1，如图2-16左边对话框所示。
• 设置示波器显示窗口的属性（Parameters），使之成为双踪 显示，然后将示波器第二输入节点与信号源输出相连，这 样我们就可以同时观察系统的输入输出波形了。系统建模 如图2-16中间窗口所示。
第7讲 SIMULINK 图2-18 通过命令启动Simulink仿真
第7讲 SIMULINK
可见，仿真完成之后，工作空间中出现了“ScopeData” 结构变量，其中包含了示波器显示的全部波形数据。通过 “plot”命令可以作出这些数据对应的波形，
组建用户自定义模块库如果建立了许多自定义的子系统并且已经封装好了而这些已经封装的自定义模块又是会反复使用的就像simulink提供的模块库中那些模块一样在这种情况下就有必要对这些自定义的重用性较好的模块进行建库以方便管理和反复使用同时也可以作为新的专业库提供给其他用户使用
第7讲 SIMULINK
第7讲 MATLAB仿真_SIMULINK
第7讲 SIMULINK
• Simulink全方位地支持动态系统的建模仿真，它支持连 续系统、离散系统、连续离散混合系统、线性系统、非 线性系统、时不变系统、时变系统的建模仿真，也支持 具有多采样速率的多速率系统。可以说，在通用系统仿 真领域，Simulink是无所不包的。
• 结合MATLAB编程和Simulink可视化建模仿真各自的特 点，可以构建更为复杂的系统模型，并进行自动化程度 更高的仿真和仿真结果的数据分析，这是MATLAB的高 级应用方面。
第7讲 SIMULINK 图2-15 仿真结果
第7讲 SIMULINK
• 更换信号源为Sources子模块库中的SignalGenerator，并设置 信号源为0.2Hz的方波，幅度为1，如图2-16左边对话框所示。
• 设置示波器显示窗口的属性（Parameters），使之成为双踪 显示，然后将示波器第二输入节点与信号源输出相连，这 样我们就可以同时观察系统的输入输出波形了。系统建模 如图2-16中间窗口所示。
《MATLAB Simulink与控制系统仿真(第3版)》的课件 第7章 频域分析法
MATLAB 6.0以上版本还提供了计算系统稳定裕度的函数allmargin，其调用法 则如下。 s=allmargin(sys)：计算幅值裕度、相角裕度以及对应的频率。幅值裕度和相角 裕度是针对开环SISO系统而言，输出s是一个结构体，它包括幅值裕度、相角 裕度以及对应的频率、时滞增益裕度。
闭环系统的等M圆
等M圆轨迹
等M圆和系统开环幅相频率特性
闭环系统的等N圆
7.6 MATLAB在频率法中的应用
MATLAB提供了多种求取并绘制频率响应曲线的函数，如Nyquist曲线绘制函 数nyquist( )、Bode图绘制函数bode( )和Nichols曲线绘制函数nichols( )等。 1．Nyquist曲线绘制函数nyquist( ) 2．Bode图绘制函数bode( ) 3．Nichols曲线绘制函数nichols( ) 4．绘制等M圆和等N圆的函数ngrid ( )
7.7 频率法的稳定性分析
Nyquist稳定判据
7.7.2 稳定裕度
系统的相对稳定性用Nyquist曲线相对点（1, j0）的靠近程度来度量，定量表 示为增益裕度和相角裕度。
7.7.3 MATLAB在稳定性分析中的应用
margin函数可以从频率响应数据中计算出幅值裕度、相角裕度以及对应的频率。 幅值裕度和相角裕度是针对开环SISO系统而言的，它指出了系统在闭环时的 相对稳定性。当不带输出变量引用时，margin可在当前图形窗口中绘出带有裕 量及相应频率显示的Bode图，其中的幅值裕度以分贝为单位。
对数幅相图（Nichols图）
7.3.3 对数幅相图（Nichols图）
对数幅相图也称Nichols图，它是将对数幅频特性和相频特性两张图在角频率 为参变量的情况下合成为一张图。
闭环系统的等M圆
等M圆轨迹
等M圆和系统开环幅相频率特性
闭环系统的等N圆
7.6 MATLAB在频率法中的应用
MATLAB提供了多种求取并绘制频率响应曲线的函数，如Nyquist曲线绘制函 数nyquist( )、Bode图绘制函数bode( )和Nichols曲线绘制函数nichols( )等。 1．Nyquist曲线绘制函数nyquist( ) 2．Bode图绘制函数bode( ) 3．Nichols曲线绘制函数nichols( ) 4．绘制等M圆和等N圆的函数ngrid ( )
7.7 频率法的稳定性分析
Nyquist稳定判据
7.7.2 稳定裕度
系统的相对稳定性用Nyquist曲线相对点（1, j0）的靠近程度来度量，定量表 示为增益裕度和相角裕度。
7.7.3 MATLAB在稳定性分析中的应用
margin函数可以从频率响应数据中计算出幅值裕度、相角裕度以及对应的频率。 幅值裕度和相角裕度是针对开环SISO系统而言的，它指出了系统在闭环时的 相对稳定性。当不带输出变量引用时，margin可在当前图形窗口中绘出带有裕 量及相应频率显示的Bode图，其中的幅值裕度以分贝为单位。
对数幅相图（Nichols图）
7.3.3 对数幅相图（Nichols图）
对数幅相图也称Nichols图，它是将对数幅频特性和相频特性两张图在角频率 为参变量的情况下合成为一张图。
机电系统仿真课案PPT课件
4/48
第4页/共46页
一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
希望能在较短的时间内观察到系统发展的全 过程，以估计某些参数对系统行为的影响．
难以在实际环境中进行实验和观察时，计算 机仿真是唯一可行的方法， 例如太空飞行的 研究．
需要对系统或过程进行长期运行比较，从大 量方案中寻找最优方案．
5/48
14/48
第14页/共46页
一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
（4）系统仿真的一般步骤：
①建立系统的数学模型；
②转换成仿真模型；
③编写仿真程序；
④对仿真模型进行修改校验，看 与实际系统是否一致，确认模型 的正确性。
⑤运行仿真程序，在不同的初始 15/48 条件和参数下，对系统进行第反15页复/共46页
3/48
第3页/共46页
一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
难以用数学公式表示的系统，或者没有建立 和求解数学模型的有效方法．虽然可以用解 析的方法解决问题，但数学的分析与计算过 于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行 的求解方法
对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标
具有刚性、阻力及惯性这些性能，在输入力作用下，
19/48
系统能产生一定相应输出，如位移输出。
第19页/共46页
二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
（1）机械移动系统
m
k
c
机械平移系统基本元件
(a)质量；(b)弹簧；(c)阻尼
20/48
第20页/共46页
二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
d 2 x2 dt 2
?
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
希望能在较短的时间内观察到系统发展的全 过程，以估计某些参数对系统行为的影响．
难以在实际环境中进行实验和观察时，计算 机仿真是唯一可行的方法， 例如太空飞行的 研究．
需要对系统或过程进行长期运行比较，从大 量方案中寻找最优方案．
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一. 仿真技术概论
5. 系统仿真
（4）系统仿真的一般步骤：
①建立系统的数学模型；
②转换成仿真模型；
③编写仿真程序；
④对仿真模型进行修改校验，看 与实际系统是否一致，确认模型 的正确性。
⑤运行仿真程序，在不同的初始 15/48 条件和参数下，对系统进行第反15页复/共46页
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一. 仿真技术概论
2. 仿真的必要性
难以用数学公式表示的系统，或者没有建立 和求解数学模型的有效方法．虽然可以用解 析的方法解决问题，但数学的分析与计算过 于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行 的求解方法
对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标
具有刚性、阻力及惯性这些性能，在输入力作用下，
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系统能产生一定相应输出，如位移输出。
第19页/共46页
二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
（1）机械移动系统
m
k
c
机械平移系统基本元件
(a)质量；(b)弹簧；(c)阻尼
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二 . 机电系统建模
2. 机械系统的数学模型
d 2 x2 dt 2
?
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机电系统动态仿真matlabPPT电子教案课件-第七章-SIMULINK仿真
功能
积分 微分 状态方程 传递函数 零极点 传输延时 可变传输延时
23
Simulink的基本模块
SIMULINK仿真 4.离散系统模块库
模块
Unit Delay Discrete-Time I Discrete Transf F
功能
单位延时采样保持 离散时间积分 离散传递函数
Discrete Filter Discrete Zero-Pole Discrete State-Space Zero-order Hold First-order Hold
45
仿真模型的参数设置
SIMULINK仿真
7.4.3 启动系统仿真与仿真结果分析 设置完仿真参数之后，从Simulation中选择Start菜 单项或单击模型编辑窗口中的Start Simulation命令 按钮，便可启动对当前模型的仿真。
为了观察仿真结果的变化轨迹可以采用3种方法： (1) 把输出结果送给Scope模块或者XY Graph模块。 (2) 把仿真结果送到输出端口并作为返回变量，然后使
34
仿真模型的参数设置
SIMULINK仿真 1．模块的参数设置
35
仿真模型的参数设置
SIMULINK仿真 2．模块的属性设置 ✓ 模块上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择Block properties ✓ 在模型编辑窗口的Edit菜单下选择Block properties命令，将打开模块属性对话框。
5
认识Simulink
SIMULINK仿真 7.1.2 Simulink的启动与退出 1．Simulink的启动
在MATLAB窗口的工具栏中单击 在命令窗口中输入命令：
>>simulink
(完整版)matlab第七讲教案
西南科技大学本科生课程备课教案计算机技术在安全工程中的应用——Matlab入门及应用授课教师：徐中慧班级：专业：安全技术及工程第七章逻辑函数与控制结构课型：新授课教具：多媒体教学设备，matlab教学软件一、目标与要求能够正确使用函数find，正解和正确使用if/else系列命令，理解switch/case结构，正确使用for循环和while循环。
二、教学重点与难点本堂课教学的重点在于引导学生在编写matlab程序时能够熟练运用控制结构的相关函数实现相应的功能。
三、教学方法本课程主要通过讲授法、演示法、练习法等相结合的方法来引导学生掌控本堂课的学习内容。
四、教学内容课后习题讲解%% onea=[15 3 22;3 8 5;14 3 82];b=[1 5 6]';c=[12 18 5 2];d=a(:,3)%% twoe=[b,d]%% threef=[b;d]%% fourg=[c(1:3);a]%% five%% Variable DefinitionDensity_mercury=13560;g=9.81;p=0:10000:100000;%% mercuryh_mercury=p./(Density_mercury*g)%% waterh_water=h_mercury.*13560/1000%% outputh=[h_mercury',h_water']（3）已知下列矩阵：1104265878235645913232289x ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 1234101272127y ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ []1022513z =①查找各矩阵中所有大于10的元素的序号，输出结果用单序号方法表示。
②查找各矩阵中所有大于10的元素的序号，输出结果用该元素的下标表示。
③查找各矩阵中所有大于10的元素。
④查找各矩阵中所有大于10小于40的元素的序号，输出结果用单序号方法表示。
MATLAB在电类专业课程中的应用第7章课件
电枢电流接近最大值，使得电动机以最快速度
开始上升，最高转速达到230r/min，超调量为
15%，稳态时转速为200r/min；当2秒时给定信
号为-10时，电动机从电动状态变成制动状态，
当转速为零时，电动机开始反转。
7.4 交流调压系统
7.4.1交流调压调速系统原理
异步电机的机械特性方程：
=
3 12 2′ /
换器控制，通过示波器查看电流和转速的波形。
双闭环调速系统的结构在
单闭环调速的基础上增加
了电流环，其余部分与单
闭环调速系统的结构相同，
包括双极式可逆PWM变换
器、直流电机（DC
Machine）、转速反馈
（Gain）等模块。
从仿真结果可以看出，当给定电压为10V时，在
电机起动过程中，电流调节器作用下的电动机
Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。在一个开关周期内，当0 ≤ t <
时，VT1和VT4导通，UAB=Us，电枢电流经过
VT1MVT4流通；当 ≤ t < T时，驱动电流反
向，但VT2和VT3由于受续流二极管VD2和VD3反向
电压钳住却无法导通，UAB=-Us，电枢电流经过
Vd2MVd3流通，因此在一个周期内UAB具有正
负相间的脉冲波形。
电动机的正反转由驱动电压正负脉冲的宽窄决定，当
正脉冲较宽时， > 2 则UAB平均值为正，电机正转；
反之电机反转，如果正负脉冲宽度相等，则平均电压
UAB为零，电机停止。双极式控制可逆变换器的输出平
均电压为：
=
=
2
− 1 = (2 − 1)
转矩保持不变；当启动1s时，负载由20
开始上升，最高转速达到230r/min，超调量为
15%，稳态时转速为200r/min；当2秒时给定信
号为-10时，电动机从电动状态变成制动状态，
当转速为零时，电动机开始反转。
7.4 交流调压系统
7.4.1交流调压调速系统原理
异步电机的机械特性方程：
=
3 12 2′ /
换器控制，通过示波器查看电流和转速的波形。
双闭环调速系统的结构在
单闭环调速的基础上增加
了电流环，其余部分与单
闭环调速系统的结构相同，
包括双极式可逆PWM变换
器、直流电机（DC
Machine）、转速反馈
（Gain）等模块。
从仿真结果可以看出，当给定电压为10V时，在
电机起动过程中，电流调节器作用下的电动机
Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。在一个开关周期内，当0 ≤ t <
时，VT1和VT4导通，UAB=Us，电枢电流经过
VT1MVT4流通；当 ≤ t < T时，驱动电流反
向，但VT2和VT3由于受续流二极管VD2和VD3反向
电压钳住却无法导通，UAB=-Us，电枢电流经过
Vd2MVd3流通，因此在一个周期内UAB具有正
负相间的脉冲波形。
电动机的正反转由驱动电压正负脉冲的宽窄决定，当
正脉冲较宽时， > 2 则UAB平均值为正，电机正转；
反之电机反转，如果正负脉冲宽度相等，则平均电压
UAB为零，电机停止。双极式控制可逆变换器的输出平
均电压为：
=
=
2
− 1 = (2 − 1)
转矩保持不变；当启动1s时，负载由20
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离散系统的频域仿真 系统分析图形用户界面
2020/10/24
8
7.1 频率响应与频率特性
频率特性是控制工程最基本的概念之 一
何谓频率响应？ 频率响应有什么特性？
何谓频率特性？
如何求系统的频率响应？
为什么可以用频率响应来研究系统的性能？
演示程序：pltxys.mdl
2020/10/24
9
7.1.1 频率特性的概念与定义
2020/10/24
10
频率特性的定义
线性稳定系统在正弦信号作用下，当频率从零变 化到无穷时，稳态输出与输入的幅值比、相位差随频 率变化的特性，称为频率特性。频率特性由幅频特性 和相频特性两部分组成。
幅频特性
系统稳态正弦输出信号与相应的正弦输人信号的幅值之比随输 入频率的变比而变化的特性称为幅频特性，它描述了系统对输入 信号幅值的放大、衰减特性。
sys2=series(sys1,sys05)
sys3=feedback(sys2,1,-1)
sys4=tf(1,[5.6 0 0])
sys02=tf([0.2 0],1)
sys5=feedback(sys4,sys02,-1)
[n,d]=tfdata(sys1,'v')
2020/10/24
6
m2x2 f fc fk
2020/10/24
s^4 + 0.2679 s^3 + 2.005 2 + 04.25 s
m2 x2 f fc1 fc2 m1x1 f c1 f k fc1 c1 (x2 x1 ) f c2 c2 x2
f k kx1
m2s2 X 2 F Fc1 Fc2 m1s2 X1 Fc1 Fk Fc1 c1s( X 2 X1)
系统建模、模型转换及仿真 ⑴用MATLAB语言表示图5-1所示系统的模型，并给出三 种模型的具体表达；
⑵进行单位阶跃响应和周期为30s的方波响应。
clc,clf sys1=tf([1,0.5],[1,0.1]); sys2=zpk([],[0,-2,-10],20) sys3=series(sys1,sys2); sys=feedback(sys3,1,-1) subplot(121),step(sys) [u,t]=gensig('square',30,60); subplot(122),lsim(sys,'y',u,t)
频率响应的特点：
Xi=Aisinωt
稳定系统
Xo=Ao(ω)sin[ωt+φ(ω)]
幅值比 相位差
A() A0 ()
1
Ar
1 2T 2
它是频率ω的函数， 称为幅频特性；
() x0 (t) xi (t) tg 1T
它是频率ω的函数， 称为相频特性。
结论
幅值比、相位差随频率ω变化 频率响应的这种特性，用频率特性描述。
2020/10/24
1
function y=f(x) sym x if x<5
y=0 elseif x>10
y=2*x else
y=(1-x)/4 end
x=input('x=') if x<5
y=0 elseif x>10
y=2*x else
y=(1-x)/4 end
2020/10/24
2
function[sysm1, sysm2]=modelm4(sysp) m1=sysp(1); m2=sysp(2); k=sysp(3); c=sysp(4); A=[0 0 1 0;0 0 0 1;-k/m1 k/m1 -c/m1 c/m1;k/m2 -k/m2 c/m2 -c/m2 ]; B=[0 0 0 1/m2]'; C=[0 1 0 0 ]; M=[1 0 0 0]; D=0; sys2=ss(A,B,C,D); sys1=ss(A,B,M,D); sysm2=tf(sys2); sysm1=tf(sys1);
c1 0.5N / m s 1 c2 0.2N / m s 1
m1 3.5kg
c2=sysp(3);
m2 5.6kg
m1=sysp(4);
m2=sysp(5);
A=[0 1 0 0;-k/m1 -c1/m1 0 c1/m1; 0 0 0 1;0 c1/m2 0 -(c1+c2)/m2]; B=[0 0 0 1/m2]';
Fc2 c2sX 2 Fk kX1
X2 F
m1m2 s 4
(c1m2
m1s2 c1s k c1m1 c2m1)s3 (c1m2 km2
c1c2 )s2
(c1 c2 )ks
X2 F
19.6s4
3.5s2 0.5s 7 5.25s3 39.3s2
4.9s
2020/10/24
5
F
－Fc1 ╳
－
Fc2
1/(m2s2) x2 ╳ －
c2s
c1s
Fc1 ╳
x1 1/(m1s2)
－
Fk
k
clc sys0=tf(1,[3.5 0 0]) sys1=feedback(sys0,7,-1) sys05=tf([0.5 0],1)
sys7=tf(d,n) sys8=series(sys7,sys3) sys=feedback(sys5,sys8,-1)
m1x1 fc fk
fc c(x2 x1)
fk k(x2 x1)
X2 F
m1s2 cs k cm1s3 (m2 km1)s2
X1 F
cm1s3
cs k (m2 km1)s2
2020/10/24
7
第7章 系统频率响应及其仿真
频率特性的一般概念 频率特性的图解方法
系统的频域分析 频率特性的MATLAB函数
sysp=[7 0.5 0.2 3.5 5.6]; X2_F=modelm3(sysp)
C=[0 0 1 0];
D=0;
Transfer function:
sys1=ss(A,B,C,D);
0.1786 s^2 + 0.02551 s + 0.3571
sysm=tf(sys1);
-------------------------------------
sysp=[12 38 1000 0.1]; [X1_F,X2_F]=modelm4(sysp)
2020/10/24
3
试用MATLAB语言表示如图所示系统。当分别以x2和 f 为系统输出、输入 时的传递函数模型和状态空间模型。
k 7N / m
function[sysm]=modelm3 (sysp) k=sysp(1); c1=sysp(2);
2020/10/24
8
7.1 频率响应与频率特性
频率特性是控制工程最基本的概念之 一
何谓频率响应？ 频率响应有什么特性？
何谓频率特性？
如何求系统的频率响应？
为什么可以用频率响应来研究系统的性能？
演示程序：pltxys.mdl
2020/10/24
9
7.1.1 频率特性的概念与定义
2020/10/24
10
频率特性的定义
线性稳定系统在正弦信号作用下，当频率从零变 化到无穷时，稳态输出与输入的幅值比、相位差随频 率变化的特性，称为频率特性。频率特性由幅频特性 和相频特性两部分组成。
幅频特性
系统稳态正弦输出信号与相应的正弦输人信号的幅值之比随输 入频率的变比而变化的特性称为幅频特性，它描述了系统对输入 信号幅值的放大、衰减特性。
sys2=series(sys1,sys05)
sys3=feedback(sys2,1,-1)
sys4=tf(1,[5.6 0 0])
sys02=tf([0.2 0],1)
sys5=feedback(sys4,sys02,-1)
[n,d]=tfdata(sys1,'v')
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m2x2 f fc fk
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s^4 + 0.2679 s^3 + 2.005 2 + 04.25 s
m2 x2 f fc1 fc2 m1x1 f c1 f k fc1 c1 (x2 x1 ) f c2 c2 x2
f k kx1
m2s2 X 2 F Fc1 Fc2 m1s2 X1 Fc1 Fk Fc1 c1s( X 2 X1)
系统建模、模型转换及仿真 ⑴用MATLAB语言表示图5-1所示系统的模型，并给出三 种模型的具体表达；
⑵进行单位阶跃响应和周期为30s的方波响应。
clc,clf sys1=tf([1,0.5],[1,0.1]); sys2=zpk([],[0,-2,-10],20) sys3=series(sys1,sys2); sys=feedback(sys3,1,-1) subplot(121),step(sys) [u,t]=gensig('square',30,60); subplot(122),lsim(sys,'y',u,t)
频率响应的特点：
Xi=Aisinωt
稳定系统
Xo=Ao(ω)sin[ωt+φ(ω)]
幅值比 相位差
A() A0 ()
1
Ar
1 2T 2
它是频率ω的函数， 称为幅频特性；
() x0 (t) xi (t) tg 1T
它是频率ω的函数， 称为相频特性。
结论
幅值比、相位差随频率ω变化 频率响应的这种特性，用频率特性描述。
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function y=f(x) sym x if x<5
y=0 elseif x>10
y=2*x else
y=(1-x)/4 end
x=input('x=') if x<5
y=0 elseif x>10
y=2*x else
y=(1-x)/4 end
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function[sysm1, sysm2]=modelm4(sysp) m1=sysp(1); m2=sysp(2); k=sysp(3); c=sysp(4); A=[0 0 1 0;0 0 0 1;-k/m1 k/m1 -c/m1 c/m1;k/m2 -k/m2 c/m2 -c/m2 ]; B=[0 0 0 1/m2]'; C=[0 1 0 0 ]; M=[1 0 0 0]; D=0; sys2=ss(A,B,C,D); sys1=ss(A,B,M,D); sysm2=tf(sys2); sysm1=tf(sys1);
c1 0.5N / m s 1 c2 0.2N / m s 1
m1 3.5kg
c2=sysp(3);
m2 5.6kg
m1=sysp(4);
m2=sysp(5);
A=[0 1 0 0;-k/m1 -c1/m1 0 c1/m1; 0 0 0 1;0 c1/m2 0 -(c1+c2)/m2]; B=[0 0 0 1/m2]';
Fc2 c2sX 2 Fk kX1
X2 F
m1m2 s 4
(c1m2
m1s2 c1s k c1m1 c2m1)s3 (c1m2 km2
c1c2 )s2
(c1 c2 )ks
X2 F
19.6s4
3.5s2 0.5s 7 5.25s3 39.3s2
4.9s
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5
F
－Fc1 ╳
－
Fc2
1/(m2s2) x2 ╳ －
c2s
c1s
Fc1 ╳
x1 1/(m1s2)
－
Fk
k
clc sys0=tf(1,[3.5 0 0]) sys1=feedback(sys0,7,-1) sys05=tf([0.5 0],1)
sys7=tf(d,n) sys8=series(sys7,sys3) sys=feedback(sys5,sys8,-1)
m1x1 fc fk
fc c(x2 x1)
fk k(x2 x1)
X2 F
m1s2 cs k cm1s3 (m2 km1)s2
X1 F
cm1s3
cs k (m2 km1)s2
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第7章 系统频率响应及其仿真
频率特性的一般概念 频率特性的图解方法
系统的频域分析 频率特性的MATLAB函数
sysp=[7 0.5 0.2 3.5 5.6]; X2_F=modelm3(sysp)
C=[0 0 1 0];
D=0;
Transfer function:
sys1=ss(A,B,C,D);
0.1786 s^2 + 0.02551 s + 0.3571
sysm=tf(sys1);
-------------------------------------
sysp=[12 38 1000 0.1]; [X1_F,X2_F]=modelm4(sysp)
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试用MATLAB语言表示如图所示系统。当分别以x2和 f 为系统输出、输入 时的传递函数模型和状态空间模型。
k 7N / m
function[sysm]=modelm3 (sysp) k=sysp(1); c1=sysp(2);