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前言 1

第1章 自动控制系统仿真概述 1

1.1 自动控制系统简介 1

1.1.1 系统与自动控制系统 1

1.1.2 自动控制系统建模 1

1.2 自动控制系统仿真的基本概念 2

1.2.1 仿真的定义 2

1.2.2 自动控制系统仿真的分类 2

1.2.3 自动控制系统仿真的过程 3

1.3 仿真技术在控制系统设计中的应用及其重要意义 3

1.3.1 自动控制理论简介 3

1.3.2 仿真技术与CAD在自动控制系统设计中的重要意义 4

1.3.3 仿真技术在自动控制系统设计中的应用现状和发展趋势 4

1.4 MATLAB语言及其在控制系统设计中的应用 4

小结 5

习题 5

第2章 控制系统计算机数字仿真基础 6

2.1 连续系统数值积分方法 6

2.1.1 欧拉法 6

2.1.2 龙格-库塔法 7

2.1.3 数值积分法的稳定性 10

2.1.4 数值积分法的选择 11

2.2 控制系统的结构及其描述 12

2.2.1 控制系统中的典型结构 12

2.2.2 控制系统的典型环节 13

2.2.3 控制系统的连接矩阵 14

2.3 控制系统的建模 16

小结 20

习题 20

第3章 MATLAB语言的基础知识 21

3.1 MATLAB的安装和启动 21

3.1.1 MATLAB的安装 21

3.1.2 MATLAB7.x的启动 21

3.2 MATLAB7.x的系统界面 22

3.2.1 MATLAB7.x的系统界面窗口 22

3.2.2 MATLAB7.x的菜单项和工具栏 24

3.2.3 MATLAB7.x的帮助系统 24

3.3 MATLAB基础知识 25

3.3.1 矩阵的生成 25

3.3.2 变量、常量和语句 28

3.3.3 数值显示格式 29

3.3.4 字符串 30

3.4 矩阵的运算 30

3.4.1 矩阵的数学运算 30

3.4.2 矩阵的数组运算 31

3.4.3 矩阵操作 34

3.4.4 矩阵元素的数据变换 35

3.5 流程控制结构 36

3.5.l for语句 36

3.5.2 while语句 37

3.5.3 if-else-end语句 38

3.5.4 switch-case语句 39

3.6 m文件 39

3.6.1 脚本文件 39

3.6.2 函数文件 40

3.7 MATLAB的绘图功能 41

3.7.1 二维图形的绘制 41

3.7.2 三维图形的绘制 44

3.7.3 图形的输出 45

3.8 MATLAB的应用 45

3.8.1 矩阵的分解 45

3.8.2 多项式处理 46

3.8.3 曲线拟合与插值 46

3.8.4 常微分方程求解 48

小结 49

习题 50

第4章 控制系统数学模型及其转换 51

4.1 控制系统类型 51

4.2 控制系统常用的数学模型 52

4.2.1 连续系统数学模型 52

4.2.2 离散系统数学模型 54

4.2.3 系统模型参数的获取 55

4.3 系统数学模型的转换 55

4.3.1 系统模型向状态方程形式转换 56

4.3.2 系统模型向传递函数形式转换 56

4.3.3 系统模型向零极点形式转换 57

4.3.4 传递函数形式与部分分式形式的转换 58

4.3.5 连续系统和离散系统之间的转换 59

4.4 控制系统模型的连接 60

4.4.1 模型串联 60

4.4.2 模型并联 60

4.4.3 反馈连接 61

4.5 系统模型的实现 62

4.5.1 能控标准型 62

4.5.2 能观标准型 65

4.5.3 对角线标准型 65

4.5.4 标准型的实现 65

小结 66

习题 66

第5章 Simunlink在系统仿真中的应用 68

5.1 Simulink建模的基础知识 68

5.1.1 Simulink6.0常用模块简介 69

5.1.2 Simulink其他工具箱、模块集 79

5.2 Simunlink建模与仿真 79

5.2.1 Simulink建模方法简介 79

5.2.2 仿真算法与控制参数选择 80

5.2.3 Simulink在控制系统仿真研究中的应用举例 83

5.3 子系统与模块封装技术 85

5.3.1 子系统概念及构成方法 85

5.3.2 模块封装方法 86

5.3.3 模块库构造 90

5.4 S函数及其应用 90

5.4.1 S函数的基本结构 91

5.4.2 用MATLAB编写S函数举例 92

小结 96

习题 96

第6章 自动控制系统计算机辅助分析 97

6.1 自动控制系统的稳定性分析 97

6.1.1 求取特征方程的根 97

6.1.2 控制系统的能控性和能观性分析 99

6.1.3 利用传递函数的极点判别系统稳定性 100

6.1.4 利用李亚普诺夫第二法判别系统稳定性 101

6.2 控制系统时域分析 102

6.2.1 时域分析的一般方法 102

6.2.2 常用时域分析函数 103

6.2.3 时域分析应用实例 104

6.3 控制系统频域分析 107

6.3.1 频域分析的一般方法 108

6.3.2 频域分析应用实例 108

6.4 根轨迹分析方法 111

6.4.1 幅值条件和相角条件 112

6.4.2 绘制根轨迹的常用函数及其应用实例 113

6.5* 基于计算机仿真的非线性定常控制系统新型稳定性判据 116

6.5.1 问题的提出 116

6.5.2 新型稳定性判据 117

6.5.3 在单级倒立摆模糊控制系统中的应用 119

6.5.4 结论和展望 120

小结 121

习题 121

第7章 自动控制系统计算机辅助设计 122

7.1 概述 122

7.2 超前校正、滞后校正以及滞后一超前校正的伯德图设计 122

7.2.1 超前校正器的伯德图设计 123

7.2.2 滞后校正器的伯德图设计 126

7.2.3 滞后一超前校正器的伯德图设计 128

7.3 PID控制器设计 132

7.3.1 PID控制器的传递函数 132

7.3.2 PID控制器各参数对控制性能的影响 133

7.3.3 使用Ziegler一Nichols经验整定公式进行PID控制器设计 135

7.4 基于状态空间模型的控制器设计方法 137

7.4.1 状态空间表达式的基本概念以及状态方程的解 137

7.4.2 状态反馈极点配置控制器设计 139

7.4.3 状态观测器设计 140

7.4.4 基于状态观测器状态反馈控制系统 141

7.5* 线性二次型指标最优控制系统设计 146

7.5.1 线性二次型指标与黎卡提方程 146

7.5.2 设计线性二次型最优控制的MATLAB函数 147

7.5.3 最优控制系统设计实例 147

小结 148

习题 148

第8章 电力系统工具箱及其应用实例 149

8.1 SimPowerSystems（电力系统）模块集简介 149

8.1.1 Electrical Sources（电源）模块子集 149

8.1.2 Elements（电路元件）模块子集 150

8.1.3 Machines（电机）模块子集 151

8.1.4 Measurements（测量）模块子集 152

8.1.5 Power Electronics（电力电子）模块子集 152

8.1.6 Phasor Elements（相量元件）模块子集 152

8.1.7 Extra Libra（其他模块子集） 153

8.2 使用电力系统工具箱进行仿真的实例 153

小结 166

习题 166

参考文献 167