【matlab学习】现代控制

(1) SISO Modeling

$$y(k+2)+5y(k+1)+6y(k)=u(k+2)+2u(k+1)+u(k)$$

num_1=[1 2 1];
den_1=[1 5 6];
sys_1=tf(num_1,den_1,-1)
1
2
3

(2) MIMO Modeling

G ( s ) = [ s 2 + 2 s + 1 s 2 + 5 s + 6 s + 5 s + 2 2 s + 3 s 3 + 6 s 2 + 11 s + 6 6 2 s + 7 ] G(s)=\left[

\right] G(s)=[s2+5s+6s2+2s+1​s3+6s2+11s+62s+3​​s+2s+5​2s+76​​]

num={[1 2 1] [1 5]; [2 3] [6]};
den={[1 5 6] [1 2]; [1 6 11 6] [2 7]};
sys_1=tf(num,den) 
1
2
3

(3) 状态空间模型

x ˙ = [ 0 1 − 2 − 3 ] x + [ 0 1 ] u y = [ 1 0 ] x

\right]x+\left[\right]u \\ y=\left[\right]x\end{array} x˙=[0−2​1−3​]x+[01​]uy=[1​0​]x​

A=[0 1; -2 -3];
B=[0; 1];  C=[1 0];  
D=0;
sys=ss(A,B,C,D)
1
2
3
4

(4) 状态空间模型->传递函数

x ˙ = [ 0 1 − 2 − 3 ] x + [ 0 1 ] u y = [ 1 0 ] x

\right]x+\left[\right]u \\ y=\left[\right]x\end{array} x˙=[0−2​1−3​]x+[01​]uy=[1​0​]x​

sys_tf=tf(sys)
1

(5) 传递函数->状态空间模型

• 转换函数ss（）

sys_1_ss=ss(sys_1)
1

• 规范形转换函数canon()

sys_can_ss=canon(sys_1,'modal')
1

• 常微分方程(传递函数)转换为状态空间模型函数dif2ss()
  $$y^{{}^{\prime \prime \prime }}+5y^{{}^{\prime \prime }}+8y^{{}^{\prime }}+4y=2u^{{}^{\prime \prime }}+14u^{{}^{\prime }}+24u$$

num_1=[2 14 24];  den_1=[1 5 8 4];
sys_1=tf(num_1,den_1);% 建立传递函数模型
sys_comp=dif2ss(sys_1,'companion')% 求传递函数的友矩阵形状态空间模型
sys_jord=dif2ss(num_1,den_1,'jordan')% 求传递函数的约旦规范形状态空间模型
1
2
3
4

(6) 状态空间模型变换

{ x ˙ = [ 0 1 0 0 0 1 − 6 − 11 − 6 ] x + [ 0 0 6 ] u y = [ 1 0 0 ] x \left\{

\right]x+\left[\right]u \\ y=\left[\right]x\end{array}\right. ⎩ ⎨ ⎧​x˙= ​00−6​10−11​01−6​ ​x+ ​006​ ​uy=[1​0​0​]x​
和
P = [ 1 1 1 − 1 − 2 − 3 1 4 9 ] P=\left[

111−1−2−3149" role="presentation" style="position: relative;">1−111−241−39$$\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ -1& -2& -3\\ 1& 4& 9\end{array}$$

\right] P= ​1−11​1−24​1−39​ ​

A=[0 1 0; 0 0 1; -6 -11 -6];
B=[0; 0; 6];  C=[1 0 0];  D=0;
P=[1 1 1; -1 -2 -3; 1 4 9];
sys_in=ss(A,B,C,D);
sys_out=ss2ss(sys_in,inv(P)) 
1
2
3
4
5

(7) 特征值和特征向量

d = eig(A)%只计算所有特征值
[V,D] = eig(A)%同时得到所有特征向量和特征值
1
2

(8) 广义特征向量

J = jordan(A)%只计算A矩阵对应的约旦矩阵J
[V,J] = jordan(A)%所有广义特征向量和约旦矩阵J
1
2

(9) 状态空间模型->约旦型

x ˙ = [ 0 1 0 0 0 1 − 4 − 8 − 5 ] x + [ 0 0 1 ] u \dot{x}=\left[

\right]x+\left[\right]u x˙= ​00−4​10−8​01−5​ ​x+ ​001​ ​u
y = [ 1 0 0 ] x y=\left[

100" role="presentation" style="position: relative;">100$$\begin{array}{ccc}1& 0& 0\end{array}$$

\right]x y=[1​0​0​]x

A=[0 1 0; 0 0 1; -4 -8 -5];
B=[0; 0; 1];  C=[1 0 0];  D=0;
sys_in=ss(A,B,C,D);
[P,J]=jordan(A);
sys_out=ss2ss(sys_in,inv(P))
1
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4
5