连接模型
这个例子展示了如何建模LTI系统的互连,从简单的串联和并联连接到复杂的框图。
概述
Control System Toolbox™提供了许多功能来帮助您构建LTI模型网络。这些包括要执行的功能
串联及并联连接(
系列
而且平行
)反馈连接(
反馈
而且融通
)输入和输出连接(
[,]
,(;]
,附加
)一般框图建筑(
连接
).
这些函数可以处理模型表示的任何组合。为了说明,创建以下两个SISO传递函数模型:
H1 = tf(2,[1 3 0])
H1 = 2 --------- s^2 + 3s连续时间传递函数。
H2 = zpk([],-5,5)
H2 = 5 ----- (s+5)连续时间零/极/增益模型。
串联
使用*
操作员或系列
函数串联LTI模型,例如:
H = h2 * h1
H = 10 ------------- s (s + 5) (s + 3)连续时间零/钢管/增益模型。
或者同样的
H =系列(H1,H2);
并联
使用+
操作员或平行
函数来并行连接LTI模型,例如:
H = h1 + h2
H = 5 (s + 2.643) (s + 0.7566 ) ---------------------- s (s + 3) (s + 5)连续时间零/钢管/增益模型。
或者同样的
H =平行(H1,H2);
反馈连接
标准反馈配置如下所示:
建立闭环传递模型u
来y
、类型
H =反馈(H1,H2)
H = 2 (s + 5 ) -------------------------------- ( s + 5.663) (s ^ 2 + 2.337 + 1.766)连续时间零/钢管/增益模型。
请注意,反馈
默认情况下假设负面反馈。要应用正反馈,请使用以下语法:
H =反馈(H1,H2,+1);
你也可以使用融通
函数来构建下面描述的更一般的反馈互连。
连接输入和输出
您可以连接两个模型的输入H1
而且H2
通过输入
H = [h1, h2]
H =从输入1到输出:2 ------- s (s+3)从输入2到输出:5 ----- (s+5)连续时间零/极/增益模型。
得到的模型有两个输入,对应于互连:
的输出也可以连接H1
而且H2
通过输入
H = [h1;H2)
H =从输入到输出…2 1 : ------- s (s + 3) 5 2:——(s + 5)连续时间零/钢管/增益模型。
得到的模型H
有两个输出和一个输入,对应于以下方框图:
最后,你可以添加两个模型的输入和输出,使用:
H = append(H1,H2)
H =从输入1到输出…2 1: ------- s (s+3) 2: 0 From input 2 to output…1: 0 5 2: ----- (s+5)连续时间零/极/增益模型。
得到的模型H
有两个输入和两个输出,对应于方框图:
您可以使用连接从基本SISO模型构建MIMO模型,例如:
H = [H1, -tf(10,[1 10]);0, h2]
H =从输入1到输出…2 1: ------- s (s+3) 2: 0 From input 2 to output…-10年1 : ------ ( s + 10) 5 2:——(s + 5)连续时间零/钢管/增益模型。
σ(H)、网格
从框图构建模型
您可以使用到目前为止介绍的功能和操作的组合来构造简单的框图模型。例如,考虑下面的框图:
用下面的数据为这些块F
,C
,G
,年代
:
S = tf(“年代”);F = 1/(s+1);G = 100/(s²+5*s+100);C = 20*(s²+s+60)/s/(s²+40*s+400);S = 10/(S +10);
你可以计算闭环传递T
从r
来y
作为
T = F *反馈(G*C,S);步骤(T)网格
对于更复杂的框图,请使用连接
函数提供了将块连接在一起的系统而简单的方法。使用连接
,按以下步骤进行:
定义图中的所有块,包括求和块
命名所有块输入和输出通道
在块I/ o列表中选择所需的框图I/ o。
对于上面的方框图,这些步骤相当于:
Sum1 = sumblk('e = r - y');Sum2 = sumblk('u = uC + uF');定义块I/ o(“u”和“y”是“InputName”和“OutputName”的简写)F.u =“r”;F.y =佛罗里达大学的;C.u =“e”;陈守惠=加州大学的;G.u =“u”;G.y =“ym”;S.u =“ym”;S.y =“y”;%计算传输r -> ymT = connect(F,C,G,S,Sum1,Sum2,“r”,“ym”);步骤(T)网格
优先级规则
当连接不同类型的模型时,得到的模型类型由优先级规则决定
FRD > ss > ZPK > tf > pid
该规则规定FRD优先级最高,其次是SS、ZPK、TF, PID优先级最低。例如,在串联连接中:
H1 = ss(-1,2,3,0);H2 = tf(1,[1 0]);H = h2 * h1;
H2
自动转换为状态空间表示和结果H
是一个状态空间模型:
类(H)
Ans = 'ss'
由于SS和FRD表示法最适合于系统互连,建议您至少将其中一个模型转换为SS或FRD,以确保使用这两种表示法之一执行所有计算。一个例外是使用连接
自动执行这样的转换,并总是返回一个状态空间或FRD模型的框图。