计算机仿真课件：第五章 MATLAB 在控制系统仿真中的应用.ppt

在计算机仿真领域，MATLAB是一种强大的工具，尤其在控制系统仿真的应用中不可或缺。第五章“MATLAB在控制系统仿真中的应用”主要介绍了如何利用MATLAB构建和转换控制系统的不同数学模型，包括微分方程模型、传递函数模型、状态空间模型以及零极点模型。 1. **传递函数模型**（tf模型）： 传递函数是控制系统分析的基础，它是系统输出的拉普拉斯变换与输入的拉普拉斯变换之比。在MATLAB中，可以使用`tf()`函数来创建传递函数模型。例如，如果传递函数的分子和分母是多项式，可以按降幂排列顺序定义它们的系数向量，然后调用`tf(sysnum, sysden)`来构建传递函数。对于复杂的情况，可以利用`conv()`函数处理多项式乘法。 2. **零极点模型**（zpk模型）： 零极点模型是传递函数的另一种表示，它更直观地展示了系统的动态特性。MATLAB中的`zpk()`函数可以用来构建零极点模型，格式为`zpk(z, p, k)`，其中`z`是系统的零点，`p`是极点，`k`是增益。`roots()`函数可以用来求解多项式的根，从而确定零点和极点。 3. **状态空间模型**（ss模型）： 状态空间模型通过一组线性常微分方程描述系统的动态行为。在MATLAB中，`ss()`函数用于创建状态空间模型，其格式为`sys = ss(A, B, C, D)`，其中`A`, `B`, `C`, `D`分别是状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和喂入矩阵。此外，MATLAB还提供了`ss2tf()`和`ss2zp()`函数来转换到传递函数和零极点模型，以及`tf2ss()`和`zp2ss()`来进行反向转换。 4. **模型之间的转换**： MATLAB提供了方便的函数来在不同模型间进行转换。例如，使用`tf2zp()`和`zp2tf()`可以将传递函数模型转换为零极点模型，反之亦然；`ss2tf()`和`ss2zp()`则用于将状态空间模型转换为传递函数或零极点模型。这些转换对于理解和设计复杂的控制系统至关重要。 MATLAB在控制系统仿真的应用中扮演了核心角色，提供了一整套工具来处理和转换各种数学模型，使得工程师和研究人员能够有效地分析、设计和优化控制系统。通过熟练掌握这些模型和转换函数，可以更好地理解和模拟系统的行为，进而优化控制策略。