MATLAB在自动化工程中的应用PDF电子书下载

第1章 MATLAB的功能和基本应用 1

1.1 MATLAB R2016a的工作环境 1

1.1.1 MATLAB R2016a窗口界面 1

1.1.2 MATLAB R2016a工具栏菜单 2

1.1.3 MATLAB R2016a的主要功能 3

1.1.4 MATLAB窗口常用操作命令 4

1.1.5 MATLAB新建变量 5

1.2 MATLAB语言基础 5

1.2.1变量命令规则 5

1.2.2全局变量与数据类型 6

1.2.3常用标点符号及功能 8

1.3代数运算 9

1.3.1 MATLAB的常量表示 9

1.3.2基本运算 9

1.3.3数学函数 13

1.3.4转换函数 16

1.3.5字符串操作函数 17

1.3.6判断数据类型函数 17

1.3.7文件操作函数 18

1.3.8常用特殊矩阵 19

1.3.9句柄函数 20

1.3.10数组表示 21

1.4多项式处理 23

1.4.1多项式的四则运算 23

1.4.2多项式求根 24

1.4.3多项式求导 24

1.4.4多项式求解 25

1.5空间向量表示 26

1.5.1用线性等间距生成向量矩阵 26

1.5.2线性及对数空间表示 26

1.6逻辑函数 27

1.6.1查找函数 27

1.6.2测试向量函数 28

1.7符号运算 28

1.7.1符号变量表示 29

1.7.2常用符号运算 31

1.7.3求解符号方程 33

1.7.4傅里叶变换与反变换 36

1.7.5拉普拉斯变换与反变换 37

1.7.6 Z变换与Z反变换 37

1.7.7符号极限 38

1.7.8符号导数 38

1.7.9符号积分 39

1.7.10级数 40

1.8插值运算 41

第2章 MATLAB程序设计 45

2.1数据的输入和输出 45

2.1.1数据输入 45

2.1.2数据输出 46

2.2程序结构 47

2.2.1顺序结构 47

2.2.2选择结构 48

2.2.3循环结构 52

2.2.4 try语句 57

2.3 M文件 58

2.3.1脚本文件与函数文件 58

2.3.2函数文件的使用 59

2.4文件操作 60

2.4.1文件的打开 61

2.4.2二进制文件的读写 61

2.4.3文件的关闭 62

2.4.4文本文件的读写 63

2.4.5文件定位和文件状态 65

2.4.6按行读取数据 66

第3章 MATLAB的静态与动态绘图功能 67

3.1二维绘图功能 67

3.1.1绘制一般函数曲线 67

3.1.2图形对象及其句柄 71

3.1.3绘制对数坐标图 74

3.1.4绘制特殊二维图形函数曲线 75

3.1.5绘制符号函数曲线 76

3.2三维绘图功能 79

3.2.1绘制三维空间曲线 79

3.2.2绘制网格矩阵 80

3.2.3绘制常用三维图形 81

3.2.4绘制三维曲面图 83

3.2.5特殊三维立体图 87

3.2.6图形颜色的修饰 90

3.2.7色彩的渲染 91

3.3创建动画过程 92

3.3.1三维图形不同姿态 92

3.3.2动画函数 93

3.3.3创建动画步骤 94

3.4图像动画 98

3.4.1图像文件操作 98

3.4.2播放电影动画 98

3.4.3电影动画文件保存 99

第4章 MATLAB在时域分析中的应用 101

4.1传递函数的建立方法及形式转换 101

4.1.1自动控制理论中常用传递函数的表示 101

4.1.2传递函数的形式转换 105

4.1.3多项式传递函数分解 108

4.2框图化简 109

4.2.1串联结构 109

4.2.2并联结构 110

4.2.3反馈结构 111

4.2.4复杂结构 112

4.3二阶系统阶跃响应 114

4.3.1典型二阶系统 114

4.3.2阶跃响应曲线 115

4.3.3计算二阶系统特征参数 117

4.4提高系统动态品质的方法 121

4.4.1微分反馈 121

4.4.2串联比例微分环节 121

4.5高阶系统稳定性分析 123

4.5.1特征方程的根对稳定性的影响 123

4.5.2使用劳斯判据分析系统稳定性 124

4.5.3系统零极点对稳定性的影响 127

4.5.4系统增益对稳定性的影响 129

4.5.5控制系统稳态误差计算 131

第5章 MATLAB在频域及根轨迹分析的应用 136

5.1频域分析法 136

5.1.1绘制伯德图 136

5.1.2绘制奈奎斯特曲线 140

5.1.3绘制尼柯尔斯图 142

5.1.4控制系统频域设计 142

5.2频域法校正设计 146

5.2.1频域法超前校正 147

5.2.2频域法滞后校正 151

5.2.3频域法超前-滞后校正 156

5.3绘制根轨迹 160

5.3.1绘制根轨迹的基本规则 160

5.3.2根轨迹函数 161

5.3.3使用根轨迹确定闭环特征根 162

5.3.4使用根轨迹判定系统稳定性 163

5.3.5绘制指定参数根轨迹 164

5.3.6绘制零度根轨迹 164

5.4根轨迹法校正设计 165

5.4.1根轨迹校正的作用 165

5.4.2根轨迹超前校正 166

5.4.3根轨迹滞后校正 170

第6章 MATLAB在状态空间分析中的应用 174

6.1极点配置与状态反馈 174

6.1.1基本概念 174

6.1.2极点配置的条件 175

6.1.3极点配置的原理方法 176

6.1.4系统的可控性与可观测性 177

6.1.5极点配置 179

6.2最优二次型设计 191

6.2.1连续系统最优二次型设计 191

6.2.2离散系统最优二次型设计 193

6.2.3对输出加权的最优二次型设计 195

6.2.4 Kalman滤波器 196

第7章 Simulink在自动控制理论中的仿真 200

7.1 Simulink仿真模型及参数设置 200

7.1.1基本模块 200

7.1.2模块的参数和属性设置 205

7.2 Simulink仿真命令 207

7.2.1运行命令 207

7.2.2线性化处理命令 207

7.2.3构建模型命令 207

7.2.4输入、输出操作命令 212

7.3六种典型环节仿真分析 213

7.3.1比例环节特性 213

7.3.2积分环节特性 214

7.3.3微分环节特性 214

7.3.4惯性环节特性 215

7.3.5比例积分环节特性 215

7.3.6比例微分环节特性 216

7.4二阶系统及高阶系统阶跃响应仿真 216

7.4.1二阶系统阶跃响应仿真 216

7.4.2高阶系统阶跃响应分析 217

7.5串联校正仿真 219

7.5.1串联超前校正仿真 219

7.5.2串联滞后校正仿真 221

7.5.3串联超前-滞后校正仿真 222

7.6极点配置与状态空间仿真 223

第8章 Simulink在PID控制器中的应用 225

8.1 PID控制器概述 225

8.1.1 PID控制系统的组成 225

8.1.2 PID控制器的表示方法及仿真 225

8.1.3 PID控制器的作用 226

8.2使用试凑法设计PID参数 227

8.3使用Ziegler- Nichols法设计PID参数 231

8.4使用科恩-库恩法设计PID参数 232

8.5使用衰减曲线法设计PID参数 235

8.6使用临界比例度法设计PID参数 238

8.7使用Smith预估器设计PID参数 240

8.8使用串级控制仿真PID控制参数 243

8.9使用前馈-反馈控制仿真PID参数 245

第9章 MATLAB界面设计 249

9.1图形用户界面开发环境 249

9.1.1创建界面应用程序 249

9.1.2使用空白界面建立应用程序 250

9.1.3使用控制界面建立应用程序 252

9.1.4使用坐标轴界面建立应用程序 253

9.1.5使用信息对话框界面建立应用程序 254

9.1.6创建标准对话框 255

9.2 MATLAB句柄式图形对象 258

9.2.1句柄式图形对象 258

9.2.2创建图形句柄 259

9.3回调函数 261

9.3.1回调函数格式 261

9.3.2回调函数使用说明 261

9.4控件工具及属性 262

9.4.1控件对象类型及描述 262

9.4.2控件对象控制属性 262

9.5界面设计 263

9.6菜单设计 274

9.6.1弹出式菜单 274

9.6.2下拉式菜单 276

9.6.3快捷菜单 279

9.7对话框设计 281

9.7.1对话框操作 281

9.7.2专用对话框 282

参考文献 287