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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