主要内容

pzmap

动态系统的零极点图

说明

[p,z] = pzmap(sys) 返回动态系统模型 sys 的系统极点和传输零点。

下图显示了连续时间(左)和离散时间(右)线性时变模型的零极点图。

  • 在连续时间系统中,复 s 平面上的所有极点必须在左半平面(蓝色区域)内以保证稳定性。如果不同极点位于虚轴上,即极点的实部为零,则系统为临界稳定。

  • 在离散时间系统中,复 z 平面中的所有极点必须位于单位圆(蓝色区域)内。如果系统有一个或多个极点位于单位圆上,则系统为临界稳定。

示例

pzmap(sys) 绘制 sys 的零极点图。在图中,xo 分别表示零极点。对于 SISO 系统,pzmap 绘制系统零极点。对于 MIMO 系统,pzmap 绘制系统极点和传输零点。

示例

pzmap(sys1,sys2,...,sysN) 在单个图中绘制多个模型的零极点。这些模型可以有不同数目的输入和输出,并且可以混合使用连续系统和离散系统。

示例

pzmap(sys1,ColorSpec1,...,sysN,ColorSpecN) 设置每个系统的绘图颜色。如需更多绘图自定义选项,请使用 pzplot

示例

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绘制由以下传递函数表示的连续时间系统的零极点:

H(s)=2s2+5s+1s2+3s+5.

H = tf([2 5 1],[1 3 5]);
pzmap(H)
grid on

MATLAB figure

打开网格会显示恒定阻尼比 (zeta) 线和恒定固有频率 (wn) 线。此系统有两个实零点,在图上用 o 标记。该系统还有一对复极点,用 x 标记。

绘制辨识的离散时间状态空间 (idss) 模型的零极点图。在实际操作中,您可以根据系统的输入-输出测量值进行估计,从而获取 idss 模型。对于此示例,我们从状态空间数据创建一个模型。

A = [0.1 0; 0.2 -0.9]; 
B = [.1 ; 0.1]; 
C = [10 5]; 
D = [0];
sys = idss(A,B,C,D,'Ts',0.1);

检查零极点图。

pzmap(sys)

MATLAB figure

系统极点用 x 标记,零点用 o 标记。

对于此示例,请加载一个由传递函数模型组成的 3×1 数组。

load("tfArray.mat","sys");
size(sys)
3x1 array of transfer functions.
Each model has 1 outputs and 1 inputs.

用不同颜色绘制该数组中每个模型的零极点。对于此示例,数组中的第一个模型使用红色,第二个模型使用绿色,第三个模型使用蓝色。

pzplot(sys(:,:,1),"r",sys(:,:,2),"g",sys(:,:,3),"b")
grid

MATLAB figure

该网格在零极点图的 s 平面中显示恒定阻尼比线和固有频率线。

使用 pzmap 计算以下传递函数的零极点:

sys(s)=4.2s2+0.25s-0.004s2+9.6s+17

sys = tf([4.2,0.25,-0.004],[1,9.6,17]);
[p,z] = pzmap(sys)
p = 2×1

   -7.2576
   -2.3424

z = 2×1

   -0.0726
    0.0131

此示例使用一座八层楼的建筑物模型,每个楼层有三个自由度:两个位移和一个旋转。其中任一位移的 I/O 关系表示为一个包含 48 个状态的模型,其中每个状态表示一个位移或其变化率(速度)。

加载该建筑物模型。

load('building.mat');
size(G)
State-space model with 1 outputs, 1 inputs, and 48 states.

绘制系统的零极点。

pzmap(G)

MATLAB figure

从图中可以看出,有许多接近相消的零极点对可以消除以简化模型,而不会影响整体模型响应。pzmap 可用于直观地辨识这种接近相消的零极点对,以执行零极点简化。

输入参数

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动态系统,指定为 SISO 或 MIMO 动态系统模型或动态系统模型数组。您可以使用以下类型的动态系统:

  • 连续时间或离散时间数值 LTI 模型,如 tfzpkss 模型。

  • 稀疏状态空间模型,如 sparssmechss 模型。

  • 广义或不确定的 LTI 模型,如 genssuss (Robust Control Toolbox) 模型。使用不确定模型需要 Robust Control Toolbox™ 软件。

    • 对于可调控制设计模块,该函数根据其当前值计算模型以绘制响应。

    • 对于不确定的控制设计模块,该函数绘制模型的标称值和随机样本。

  • 辨识的 LTI 模型,如 idtf (System Identification Toolbox)idss (System Identification Toolbox)idproc (System Identification Toolbox) 模型。使用辨识模型需要 System Identification Toolbox™ 软件。

如果 sys 是模型数组,则图会在同一坐标区中显示该数组中所有模型的响应。

颜色,指定为以下值之一。

颜色描述
"r"红色
"g"绿色
"b"蓝色
"c"青色
"m"品红
"y"黄色
"k"黑色
"w"白色

输出参量

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系统的极点,以列向量形式返回,其中各极点按固有频率递增的顺序排列。ppole(sys) 的输出相同,只是顺序不同。

系统的传输零点,以列向量形式返回。ztzero(sys) 的输出相同。

提示

  • 对于 MIMO 模型,pzmap 在单一图上显示所有系统极点和传输零点。要映射单个输入-输出对组的零极点,请使用 iopzmap

  • 对于用于自定义零极点图外观的其他选项,请使用 pzplot

  • 使用 pzmap 创建的绘图不支持以字符串数组或字符向量元胞数组形式指定的多行标题或标签。要指定多行标题和标签,请使用包含 newline 字符的单个字符串。

    pzmap(sys,u,t)
    title("first line" + newline + "second line");

版本历史记录

在 R2006a 之前推出

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另请参阅

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