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1.1 控制系统仿真中的名词术语1

1.1.1 系统1

第1章 绪论1

1.1.2 控制系统2

1.1.3 控制系统模型2

1.1.4 控制系统建模3

1.1.5 控制系统仿真3

1.2 控制系统仿真的基本概念4

1.2.1 仿真的定义4

1.2.2 控制系统仿真的分类5

1.2.3 控制系统仿真的过程6

1.3.1 仿真技术的发展概括8

1.3 仿真技术的发展概括及应用8

1.3.2 仿真技术的应用10

1.3.3 仿真技术的发展趋势10

习题11

第2章 MATLAB语言基础12

2.1 基础知识13

2.1.1 简单的矩阵输入13

2.1.2 矩阵的元素14

2.1.3 变量和语句16

2.1.4 Who命令和永久变量17

2.1.6 复数和矩阵18

2.1.5 数字和算术表达式18

2.1.7 输出格式20

2.1.8 HELP功能21

2.1.9 退出MATLAB以及工作空间的存储23

2.2 矩阵运算23

2.2.1 矩阵转置23

2.2.2 矩阵的加法和减法24

2.2.3 矩阵的乘法25

2.2.4 矩阵的除法26

2.2.5 矩阵的乘方27

2.2.6 矩阵的超越函数28

2.3.1 数组的加法和减法运算29

2.3 数组运算29

2.3.2 数组的乘法和除法30

2.3.3 数组的乘方运算31

2.3.4 关系运算31

2.3.5 逻辑运算32

2.3.6 基本初等函数34

2.4 向量和下标34

2.4.1 向量的产生34

2.4.2 下标36

2.4.3 0-1向量的下标37

2.4.4 空矩阵38

2.5 其他基本函数39

2.5.1 多变量函数39

2.5.2 矩阵建立函数39

2.5.3 大矩阵的建立42

2.5.4 磁盘文件43

2.5.5 外部程序的运行44

2.6 数据分析45

2.6.1 列向分析45

2.6.2 默认值47

2.6.3 除非法项47

2.6.4 回归及曲线拟合48

2.7 矩阵函数49

2.7.1 三角分解法50

2.7.2 正交分解法50

2.7.3 奇异值分解法51

2.7.4 特征值分析法53

2.7.5 矩阵的秩54

2.7.6 多项式54

2.8 绘图函数56

2.8.1 X-Y坐标图56

2.8.2 基本格式57

2.8.3 多条曲线58

2.8.4 线和标号的类型60

2.8.5 虚数和复数61

2.8.6 对数坐标、极坐标和直方图63

2.8.7 三维图和网格曲面图65

2.8.8 屏幕控制68

2.8.9 坐标比例的选择68

2.8.10 图形输出69

2.9 控制流程69

2.9.1 for循环70

2.9.2 while循环71

2.9.3 if语句72

2.10.1 文本文件73

2.10 M文件73

2.10.2 函数文件74

2.10.3 echo、input、pause和keyboard命令75

2.10.4 字符串和宏命令76

2.10.5 外部程序77

2.11 输入和输出数据78

习题78

第3章 控制系统数学模型及其转换81

3.1 系统类型81

3.1.1 连续和离散系统81

3.1.3 确定和随机系统82

3.2 控制系统常用数学模型82

3.1.2 线性和非线性系统82

3.2.1 连续系统83

3.2.2 离散系统84

3.2.3 MATLAB模型表示85

3.3 利用MATLAB实现数学模型之间的转换92

3.3.1 化传递函数为状态方程93

3.3.2 化传递函数为零极点增益形式94

3.3.3 化系统零极点增益形式为状态空间形式95

3.3.4 化连续状态方程为离散状态方程96

3.3.5 化状态空间模型为系统传递函数98

3.4 系统模型的连接101

3.4.1 并联连接102

3.4.2 串联连接103

3.4.3 反馈连接105

3.4.4 混合连接106

3.5 模型实现109

3.5.1 能控标准型109

3.5.2 对角标准型111

3.5.3 利用MATLAB状态空间模型的实现115

习题117

4.1 连续系统数值积分方法119

4.1.1 欧拉法119

第4章 控制系统数字仿真119

4.1.2 梯形法120

4.1.3 龙格-库塔法120

4.1.4 微分方程数值积分的矩阵分析方法122

4.1.5 数值积分方法的计算稳定性123

4.1.6 数值方法的计算精度、速度、稳定性与步距的关系125

4.2 控制系统的结构及其描述126

4.2.1 控制系统的典型结构形式126

4.2.2 控制系统的典型环节描述128

4.2.3 控制系统的连接矩阵129

4.3.1 典型闭环系统的数字仿真130

4.3 面向结构图的数字仿真130

4.3.2 复杂连接的闭环系统数字仿真136

4.4 连续系统的离散相似法143

4.5 非线性系统的数字仿真152

4.6 计算机控制系统的数字仿真159

4.6.1 采样控制系统的数学描述160

4.6.2 采样控制系统的仿真方法161

4.6.3 采样控制系统仿真程序实现165

习题168

第5章 控制系统计算机辅助分析169

5.1 控制系统的稳定性分析169

5.1.1 特征方程根的求取169

5.1.2 利用传递函数的极点判断系统的稳定性170

5.1.3 利用李雅普诺夫第二法判别系统的稳定性171

5.2 控制系统的时域分析172

5.2.1 时域分析的一般方法172

5.2.2 常用时域分析函数174

5.2.3 时域分析应用实例174

5.3 控制系统的频域分析178

5.3.1 频域分析的一般方法178

5.3.2 频域分析应用实例183

5.4 根轨迹分析方法188

5.4.1 幅值条件和相角条件189

5.4.2 绘制根轨迹的基本规则190

5.4.3 根轨迹分析应用实例193

习题201

第6章 控制系统计算机辅助设计204

6.1 概述204

6.2 超前／滞后校正器的Bode图设计204

6.2.1 超前校正器的Bode图设计205

6.2.2 滞后校正器的Bode图设计212

6.2.3 滞后-超前校正器的Bode图设计218

6.3 PID控制器设计222

6.3.1 PID控制器的传递函数223

6.3.2 PID参数对控制性能的影响224

6.3.3 PID控制器的设计227

6.4.1 线性二次型指标与代数黎卡提方程231

6.4 线性二次型指标最优控制系统设计231

6.4.3 最优控制系统设计实例233

6.4.2 设计线性二次型指标最优控制的MATLAB函数233

习题236

第7章 Sinulink仿真工具238

7.1 Simulink建模238

7.1.1 Simulink模型窗口的建立238

7.1.2 Simulink模块库简介239

7.1.3 Simulink模块的操作245

7.1.4 模块的连接247

7.1.5 模块的参数修改247

7.1.7 Simulink演示程序248

7.1.6 Simulink模块的联机帮助系统248

7.1.8 Simulink模型的输出与打印249

7.1.9 Simulink模型举例250

7.2 Simulink的仿真方法251

7.2.1 仿真过程的设置251

7.2.2 系统仿真255

7.2.3 模糊控制系统的仿真256

7.3 S-函数261

7.3.1 S-函数的工作方式261

7.3.2 用MATLAB语言编写S-函数263

参考文献269