MATLAB控制系统设计与仿真PDF电子书下载

第1章 MATLAB知识简介 1

1.1 MATLAB概述 1

1.2 MATLAB的基本操作 2

1.2.1 MATLAB语言特点 2

1.2.2 MATLAB的M文件介绍 3

1.2.3 MATLAB的使用命令 6

1.2.4 MATLAB函数举例 10

1.3 MATLAB窗口的基本操作 12

1.3.1 命令窗口的使用 12

1.3.2 Figure窗口的图形操作功能 13

1.3.3 GUI（图形用户接口） 14

1.3.4 自定义函数 18

1.3.5 交互控制 20

第2章 MATLAB数组与矩阵运算 21

2.1 MATLAB的数组与矩阵运算 21

2.1.1 数组与矩阵的基本概念 21

2.1.2 数组或矩阵元素的标识 22

2.1.3 数组与矩阵的输入方法 25

2.1.4 向量的生成及其运算 28

2.1.5 矩阵的特有运算 31

2.1.6 字符串作为字符数组的示例 41

2.2 多项式及其运算 41

2.2.1 多项式运算函数 42

2.2.2 多项式运算举例 42

第3章 符号运算 47

3.1 算术符号操作 47

3.2 基本运算 49

3.2.1 函数计算器 62

3.2.2 微积分 63

3.2.3 符号函数的作图 66

3.2.4 积分变换 72

3.2.5 Taylor级数 77

3.2.6 其他 79

3.3 复变函数计算的MATLAB实现 90

3.3.1 复数的概念 90

3.3.2 MATLAB关于复变量的函数命令 90

3.3.3 复数的生成与创建复矩阵 91

3.3.4 复数的几何表示 93

3.3.5 复数代数运算的MATLAB实现 95

第4章 MATLAB程序设计 99

4.1 文件与程序结构 99

4.1.1 M文件 99

4.1.2 输入与输出 100

4.2 参数与变量 102

4.2.1 参数 102

4.2.2 全局变量和局部变量 104

4.3 数据类型 105

4.4 程序结构 105

4.4.1 顺序结构 106

4.4.2 循环结构 106

4.4.3 分支结构 108

4.4.4 程序终止控制语句 111

4.4.5 程序异常处理语句 111

4.5 程序流控制语句 112

4.5.1 echo指令 112

4.5.2 pause指令 112

4.5.3 keyboard指令 112

4.5.4 break指令 113

4.6 MATLAB函数 113

4.6.1 函数 113

4.6.2 子函数 114

4.6.3 私有函数 115

4.6.4 嵌套函数 115

4.7 MATLAB程序调试 116

4.7.1 调试方法 116

4.7.2 调试工具 117

第5章 控制系统理论基础 119

5.1 自动控制系统概述 119

5.1.1 自动控制系统基本概念 119

5.1.2 自动控制系统的分类 119

5.1.3 控制系统性能要求 121

5.2 经典控制理论基础 121

5.2.1 传递函数模型 122

5.2.2 零极点增益模型 122

5.2.3 控制系统的时域分析 123

5.2.4 控制系统的频域分析 124

5.2.5 控制系统的根轨迹分析 126

5.3 现代控制理论基础 127

5.3.1 状态空间模型 127

5.3.2 控制系统的可控性与可观测性 128

5.3.3 极点配置设计 128

5.3.4 最优控制设计 129

5.3.5 鲁棒控制理论 131

第6章 仿真环境Simulink使用基础 135

6.1 Simulink库模块简介 135

6.1.1 连续（Continuous）模块组 135

6.1.2 非连续（Discontinuities）模块组 137

6.1.3 离散（Discrete）模块组 139

6.1.4 数学运算（Math Operations）模块组 140

6.1.5 接收器（Sinks）模块组 143

6.1.6 输入源（Sources）模块组 144

6.2 Simulink基本建模方法 146

6.2.1 模型窗口的建立 146

6.2.2 模块的操作 147

6.2.3 信号线的操作 148

6.2.4 模型的运行 148

6.2.5 模型的保存 152

6.3 Simulink模型举例 152

6.3.1 模型演示 152

6.3.2 模型的应用举例 156

6.4 Simulink的应用 161

6.4.1 Simulink子系统 161

6.4.2 封装模块与创建模块库 164

6.5 S-函数及其应用 170

6.5.1 Simulink仿真过程 170

6.5.2 用MATLAB语句编写S-函数 171

6.5.3 S-函数设计举例 173

第7章 控制系统数学模型的MATLAB实现 177

7.1 控制系统的数学模型 177

7.1.1 线性定常连续系统 177

7.1.2 线性定常离散系统 178

7.2 数学模型的建立 179

7.2.1 传递函数模型 180

7.2.2 状态空间模型 184

7.2.3 零极点增益模型 188

7.2.4 频率响应数据模型 191

7.3 数学模型参数的获取 194

7.4 数学模型的转换 196

7.4.1 连续时间模型转换为离散时间模型 197

7.4.2 离散时间模型转换为连续时间模型 198

7.4.3 离散时间系统重新采样 199

7.4.4 传递函数模型转换为状态空间模型 199

7.4.5 传递函数模型转换为零极点增益模型 200

7.4.6 状态空间模型转换为传递函数模型 201

7.4.7 状态模型转换为零极点增益模型 202

7.4.8 零极点增益模型转换为传递函数模型 203

7.4.9 零极点增益模型转换为状态空间模型 204

7.5 数学模型的连接 204

7.5.1 优先原则 205

7.5.2 串联连接 205

7.5.3 并联连接 206

7.5.4 反馈连接 209

7.5.5 添加连接 211

7.5.6 复杂模型的连接 213

第8章 控制系统分析 217

8.1 控制系统的时域分析 217

8.1.1 时域分析基础 217

8.1.2 与时域分析相关的MATLAB函数 219

8.2 控制系统根轨迹法 234

8.2.1 根轨迹法的基础 234

8.2.2 与根轨迹分析相关的MATLAB函数 235

8.2.3 其他形式的根轨迹 240

8.3 控制系统的频域分析 243

8.3.1 频域分析的基础 243

8.3.2 与频域分析相关的MATLAB函数 245

8.4 状态空间模型的线性变换及简化 262

8.4.1 基础知识 262

8.4.2 线性变换及简化 264

8.5 状态空间法分析 270

8.5.1 基础知识 270

8.5.2 可控性与可观测性分析 273

8.5.3 稳定性分析 279

第9章 经典控制系统设计与仿真 283

9.1 经典控制系统设计概述 283

9.2 控制系统的根轨迹设计 284

9.2.1 根轨迹超前校正设计 284

9.2.2 根轨迹滞后校正设计 292

9.3 控制系统的波特图设计 296

9.3.1 波特图超前校正设计 296

9.3.2 波特图滞后校正设计 300

9.3.3 波特图滞后-超前校正设计 303

9.4 PID控制器设计 308

9.4.1 PID控制原理 308

9.4.2 PID控制器设计 311

第10章 现代控制系统设计与仿真 319

10.1 现代控制系统设计概述 319

10.2 状态反馈与极点配置 319

10.2.1 状态反馈 319

10.2.2 输出反馈 320

10.2.3 极点配置 322

10.3 状态观测器 329

10.3.1 状态观测器的基本概念 329

10.3.2 全维状态观测器 331

10.3.3 降维状态观测器 339

10.4 线性二次型最优控制器设计 344

10.4.1 线性二次型最优控制概述 345

10.4.2 连续系统线性二次型最优控制 345

10.4.3 离散系统线性二次型最优控制 348

10.4.4 线性二次型Gauss最优控制 349

10.5 鲁棒控制系统设计 353

10.5.1 鲁棒控制工具箱 354

10.5.2 H∞控制器设计 357

参考文献 363