第节matlab在自动控制原理.pptx

MATLAB在自动控制原理中的应用广泛且深入，主要体现在控制系统的设计、分析和仿真上。MATLAB的Control System Toolbox是专门用于处理控制系统问题的工具箱，它包含了一系列强大的函数和模块，便于用户进行时域和频域分析。 1. **step()函数**： step()函数用于计算并绘制系统的单位阶跃响应。它接受不同的参数形式，例如传递函数模型的分子和分母多项式系数（num, den），状态空间描述矩阵（A, B, C, D），以及指定的仿真时间向量（t）。例如，`step(num, den)`会直接绘制传递函数的阶跃响应曲线，而`[y, x, t] = step(num, den)`除了返回响应曲线外，还会提供状态变量x的轨迹。 2. **时域分析**： 时域分析关注系统动态响应的特性，如阶跃响应、冲击响应等。通过`step()`和`impulse()`函数，我们可以直观地理解系统的稳定性和瞬态行为。`dcgain()`函数则用于计算系统的直流增益，即系统在稳态条件下的输出与输入比值。 3. **impulse()函数**： impulse()函数类似于step()，但用于获取系统的单位脉冲响应。它的用法与step()类似，只是输入信号从阶跃变为瞬时冲击。 4. **根轨迹分析**： MATLAB提供了绘制零极点图（pzmap）和根轨迹图（rlocus）的功能，帮助分析系统的稳定性。`rlocus()`函数可以基于传递函数或状态空间模型绘制根轨迹，展示闭环系统的特征根随开环增益变化的情况。`rlocfind`则用于计算特定增益下的根轨迹，而`sgrid`函数辅助在图上添加阻尼和自然频率网格，使分析更直观。 5. **其他分析工具**： Control System Toolbox还包括了其他诸多功能，如nyquist()函数用于绘制奈奎斯特图，bode()函数用于绘制伯德图，这些在频域分析中至关重要。此外，像`margin()`函数可以计算系统稳定裕度，`feedback()`函数实现闭环系统构建，`c2d()`和`d2c()`用于连续系统和离散系统的转换等。 6. **实例分析**： 例如，给定一个开环传递函数`G(s) = 3 / (s + 1 + 3i)(s + 1 - 3i)`，可以使用`step()`和`impulse()`函数来计算和分析其阶跃和脉冲响应，进而计算峰值时间、超调量、调整时间和稳态误差等系统性能指标。 通过以上分析，我们可以看出MATLAB在自动控制原理中的作用是巨大的，它不仅简化了控制系统的建模和分析过程，而且提供了丰富的可视化工具，帮助工程师理解和优化控制系统的性能。