MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析PDF电子书下载

第1章 创建Simulink仿真系统的过程 1

1.1 Simulink概述 1

1.1.1 Simulink的特点 1

1.1.2 启动Simulink 2

1.2 一个简单的仿真系统 3

1.2.1 添加模块 4

1.2.2 设置模块属性 4

1.2.3 连接模块 6

1.2.4 仿真器设置 7

1.2.5 运行仿真 7

1.3 建立状态空间表达式 8

1.3.1 由图建立状态空间表达式 9

1.3.2 由函数建立状态空间表达式 13

第2章 飞行器控制系统综合与分析的方法 18

2.1 飞行器控制系统应用概述 18

2.2 飞行器控制系统数学模型 18

2.3 飞行器控制系统解析内容 20

2.4 校正装置优化设计 21

2.5 频域性能分析 25

第3章 最优与鲁棒控制系统设计 27

3.1 最优控制问题的描述 27

3.2 连续系统二次型最优控制及其MATLAB实现 28

3.3 离散系统二次型最优控制及其MATLAB实现 32

第4章 飞机偏航阻尼器设计的MATLAB实现 35

4.1 飞机偏航阻尼器设计 35

4.2 数学模型及MATLAB描述 35

4.3 校正前系统性能分析 37

4.4 校正设计 40

4.4.1 根轨迹法设计 41

4.4.2 下洗滤波器设计 44

4.5 校正后系统性能分析 45

第5章 控制系统根轨迹校正分析 47

5.1 控制系统性能指标 47

5.2 校正的基本概念 48

5.3 根轨迹校正法 50

5.3.1 根轨迹的串联超前校正 50

5.3.2 根轨迹的串联滞后校正 54

5.3.3 根轨迹的串联超前滞后校正 57

第6章 现代控制系统设计与仿真分析 61

6.1 可控性分析 61

6.1.1 连续系统的完全可控性 61

6.1.2 离散系统的可控性 62

6.1.3 连续系统的状态完全可控标准型 63

6.1.4 连续系统的输出可控性 65

6.2 可观性分析 66

6.2.1 线性离散系统的完全可观性 66

6.2.2 连续系统的完全可观性 68

6.2.3 连续系统的完全可观标准型 69

6.3 系统的极点配置 71

6.3.1 极点配置的MATLAB函数 71

6.3.2 极点配置示例分析 72

6.4 系统状态观测器设计 74

第7章 MATLAB离散控制系统的设计 77

7.1 离散控制系统的基本概念 77

7.2 离散信号的数字描述 79

7.2.1 采样过程及采样定理 79

7.2.2 保持器的数学描述 81

7.3 Z变换 82

7.3.1 离散信号的Z变换 83

7.3.2 Z变换与其逆变换 84

第8章 Nyquist稳定判据的实际应用 89

8.1 频域分析基本概念 89

8.2 Bode图 90

8.3 Nyquist图 92

8.4 系统稳定性的判断 93

8.4.1 用Bode图法判断系统稳定性 93

8.4.2 用Nyquist曲线法判断系统稳定性 96

第9章 PID控制器校正的MATLAB实现 99

9.1 PID控制器校正 99

9.2 PID控制器概述 99

9.3 P控制 101

9.4 PD控制 102

9.5 I控制 104

9.6 PI控制 107

9.7 PID控制 108

第10章 控制系统的典型输入信号时域分析 114

10.1 控制系统时域分析法 114

10.2 控制系统时域分析使用的函数 116

10.2.1 step函数 116

10.2.2 initial函数 117

10.2.3 impulse函数 118

10.2.4 lsim函数 120

第11章 MATLAB控制系统的综合实例 124

11.1 MATLAB在积分方程中的应用 124

11.2 MATLAB在微分方程中的应用 125

11.3 MATLAB/Simulink在机电系统中的应用 126

11.4 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用 128

11.5 MATLAB/Simulink在根轨迹分析中的应用 131

第12章 控制系统数学模型的MATLAB实现 135

12.1 连续系统 135

12.2 离散系统 137

12.3 与数学模型相关的MATLAB函数 138

12.3.1 传递模型的函数 138

12.3.2 零极点模型函数 142

12.3.3 状态空间模型函数 147

第13章 控制系统的暂态特性和稳态特性 152

13.1 典型输入信号实例 152

13.2 时域分析的基本概念 154

13.2.1 动态过程与动态性能 154

13.2.2 稳态过程与稳态性能 155

13.2.3 控制系统的稳定性 156

13.3 线性系统时域响应求法 156

13.4 二阶系统 157

13.4.1 二阶系统的单位脉冲响应 157

13.4.2 二阶系统的单位阶跃响应 159

第14章 频域分析的MATLAB函数实现 162

14.1 频域分析的概念 162

14.2 频域分析的MATLAB函数 163

14.2.1 allmargin函数 164

14.2.2 nyquist函数 164

14.2.3 bode函数 165

14.2.4 bodemag函数 170

14.2.5 nichols函数 171

14.2.6 ngrid函数 174

14.2.7 margin函数 174

第15章 MATLAB函数实现的状态空间分析 177

15.1 状态空间的MATLAB实现 177

15.1.1 ctrb函数 177

15.1.2 ctrbf函数 178

15.1.3 obsv函数 179

15.1.4 obsvf函数 180

15.2 系统状态反馈与状态观测器 181

15.2.1 极点配置 181

15.2.2 状态观测器 182

第16章 鲁棒控制系统设计的MATLAB实现 185

16.1 鲁棒控制简介 185

16.2 鲁棒控制系统的MATLAB实现 189

第17章 借助根轨迹曲线对控制系统进行校正 196

17.1 其他几种根轨迹形式 196

17.2 根轨迹对系统暂态特性的分析 199

17.3 控制系统的根轨迹校正法 202

17.3.1 根轨迹法超前校正 202

17.3.2 根轨迹法滞后校正 207

17.4 根轨迹的设计工具 210

第18章 控制系统频域响应校正分析 216

18.1 频域响应校正法 216

18.2 频域法的串联超前校正 216

18.3 频域法的串联滞后校正 220

18.4 频域串联滞后超前校正 224

18.5 反馈校正 228

第19章 PID控制器参数整定 233

19.1 Ziegler-Nichols整定法 233

19.2 一般数学模型拟合成带延时的惯性环节 236

19.3 Cohen-Coon整定法 237

19.4 误差积分指标最优校正 239

第20章 模型预测控制的实际应用 246

20.1 模型预测控制的应用 246

20.1.1 直流伺服控制器设计 246

20.1.2 直流伺服控制器的MATLAB实现 247

20.2 控制系统的实际应用 249

20.2.1 PID控制器应用示例 249

20.2.2 非线性控制系统应用示例 253

第21章 系统模型间转换的MATLAB实现 255

21.1 系统模型间转换 255

21.1.1 tf2ss函数 256

21.1.2 ss2tf函数 257

21.1.3 tf2zp函数 258

21.1.4 zp2tf函数 259

21.1.5 zp2ss函数 259

21.1.6 ss2zp函数 260

21.2 系统模型连接方式 261

第22章 自动控制实际系统的分析设计 267

22.1 传递函数模型分析 267

22.2 传递函数模型的MATLAB实现 268

22.3 状态空间模型分析 271

22.4 状态空间模型的MATLAB实现 271

22.5 零极点增益模型分析 272

22.6 零极点增益模型的MATLAB实现 273

第23章 MATLAB控制系统的频率特性 276

23.1 频率特性的表示法 276

23.2 典型环节的Nyquist图 278

23.2.1 比例环节 278

23.2.2 惯性环节 278

23.2.3 积分环节 279

23.2.4 微分环节 279

23.2.5 一阶微分环节 279

23.2.6 振荡环节 281

23.3 典型环节的Bode图 283

23.3.1 比例环节 283

23.3.2 积分环节 284

23.3.3 微分环节 285

23.3.4 惯性环节 286

23.3.5 一阶微分环节 287

23.3.6 振荡环节 289

23.3.7 二阶微分环节 290

第24章 离散控制系统的稳定性分析 293

24.1 离散系统的时域数学模型 293

24.2 离散系统的频域数学模型 295

24.2.1 c2d函数 296

24.2.2 d2c函数 298

24.2.3 d2d函数 299

24.2.4 upsample函数 300

24.3 离散控制系统分析 301

24.3.1 离散控制系统的稳定性 301

24.3.2 采样周期与开环增益对稳定性的影响 303

第25章 线性二次型高斯最优控制的MATLAB实现 306

25.1 LQG最优控制概述 306

25.2 LQG最优控制的MATLAB实现 307

25.2.1 reg函数 307

25.2.2 lqg函数 308

25.2.3 lqgreg函数 311

第26章 MATLAB函数直接绘制系统的根轨迹 316

26.1 根轨迹的概述 316

26.2 二阶系统的根轨迹分析 317

26.3 MATLAB中与根轨迹相关的函数 321

26.3.1 pzmap函数 321

26.3.2 rlocus函数 322

26.3.3 rlocfind函数 324

26.3.4 sgrid函数 326

26.3.5 zgrid函数 327

26.3.6 damp函数 327

第27章 可控性与可观性的MATLAB实现 329

27.1 可控性与可观性 329

27.2 状态可控性 329

27.3 状态可观性 330

27.4 可控性和可观性的实现 331

27.4.1 可控标准型 331

27.4.2 可观标准型 333

第28章 系统稳态误差分析的MATLAB实现 338

28.1 系统误差分析与计算 338

28.2 MATLAB LTI Viewer稳定性判定实例 347

第29章 频域稳定性分析 350

29.1 Nyquist稳定判据 350

29.2 稳定裕度 356

29.2.1 相对稳定性 356

29.2.2 增益裕度 356

29.2.3 相角裕度 356

第30章 控制系统工程应用实例 359

30.1 MATLAB在频域响应中的应用 359

30.2 MATLAB/Simulink在状态空间中的应用 365

30.3 MATLAB在PID控制器设计中的应用 369

第31章 变换矩阵与状态空间表达式 372

31.1 非唯一性与特征不变性 372

31.2 标准型 373

31.2.1 对角规范型 373

31.2.2 约当规范型 375

第32章 高阶系统的时域分析 378

32.1 高阶系统 378

32.2 时域分析的MATLAB实现 380

32.2.1 step函数 380

32.2.2 dcgain函数 383

32.2.3 impulse函数 385

32.2.4 initial函数 387

32.2.5 lsim函数 387

32.3 MATLAB图形化时域分析 389

第33章 控制系统稳定性判定的MATLAB实现 392

33.1 方程特征根判定稳定性 392

33.2 Lienard-Chipard判据判定系统稳定性 393

33.3 根轨迹法判定稳定性 393

33.4 传递函数极点法判定系统稳定性 397

33.5 李亚普诺夫第二法判定系统稳定性 399

33.6 频率法判定系统稳定性 401

33.6.1 Bode图判定系统稳定性 401

33.6.2 Nyquist曲线判定系统稳定性 404

第34章 设计kalman滤波器最优状态估计器 409

34.1 kalman函数 409

34.2 lqi函数 411

34.3 estim函数 414

第35章 闭环比值与解耦控制系统分析 418

35.1 闭环比值控制系统 418

35.1.1 单闭环比值控制系统 418

35.1.2 双闭环比值控制系统 421

35.2 解耦控制系统 425

35.2.1 前馈补偿解耦控制 425

35.2.2 反馈补偿解耦控制 430

附录A MATLAB R2016a安装说明 435

参考文献 441