计算机控制与仿真技术 第2版PDF电子书下载

第1章　控制与仿真的一般知识 1

本章学习指导 1

1.1 自动控制的基本知识 1

1.1.1 系统的含义与特性 1

1.1.2 自动控制的概念及应用 3

1.1.3　对控制系统的性能要求 4

1.2　控制系统的组成及分类 5

1.2.1 控制系统的组成 5

1.2.2　控制系统的分类 6

1.3 开环控制与闭环控制的基本原理 7

1.3.1 按给定值操纵的开环控制 8

1.3.2　按干扰值补偿的开环控制 9

1.3.3　按偏差调节的闭环控制 9

1.3.4 开环控制与闭环控制系统的比较 10

1.4　系统仿真的基本知识 11

1.4.1 系统仿真概述 11

1.4.2　系统仿真的步骤和过程 13

1.4.3 系统仿真的分类 14

1.5　计算机仿真的特点及其应用 15

1.5.1 计算机仿真的特点 15

1.5.2　计算机仿真技术的应用 16

本章小结 16

思考题与习题 17

第2章　控制系统的数学模型及性能分析 19

本章学习指导 19

2.1 数学模型概述 19

2.1.1 数学模型的含义 19

2.1.2　数学模型的建立方法 19

2.2 微分方程 20

2.2.1　微分方程的建立 20

2.2.2　微分方程的求解 22

2.3　传递函数 24

2.3.1 传递函数的基本知识 24

2.3.2 典型环节及其传递函数 26

2.3.3 自动控制系统的传递函数 29

2.4　动态结构图及其等效变换 30

2.4.1 结构图的组成及绘制 30

2.4.2　结构图的等效变换 32

2.5　状态空间描述 34

2.5.1 状态变量 34

2.5.2 状态方程 35

2.6　数学模型的相互转换 36

2.6.1 数学模型转换的意义 36

2.6.2　数学模型转换的应用实例 36

2.7　控制系统的时域分析法 37

2.7.1 典型输入信号及其响应 37

2.7.2 一阶系统的时域响应 39

2.7.3 二阶系统的时域响应 42

2.7.4　控制系统的稳定性分析 46

2.7.5　控制系统的稳态误差分析 49

2.8　控制系统的频率分析法 52

2.8.1 频率特性的概念 52

2.8.2　典型环节的频率特性 53

2.8.3 系统开环频率特性的绘制 57

2.8.4　系统性能的分析 58

本章小结 61

思考题与习题 61

第3章　控制系统仿真原理及算法 64

本章学习指导 64

3.1 数值积分法 64

3.1.1 概述 64

3.1.2 欧拉（Euler）法 65

3.1.3 梯形法 66

3.1.4 龙格—库塔（Runge-Kutta）法 67

3.1.5　数值积分公式的应用 69

3.1.6　仿真步长的选择与系统的稳定性 70

3.2　线性系统仿真原理 71

3.2.1 面向传递函数的线性系统仿真 71

3.2.2　面向结构图的线性系统仿真 73

3.3　离散相似法 77

3.3.1 离散相似法原理 78

3.3.2　典型环节状态方程的离散化 78

3.3.3　仿真程序的实现框图 80

3.4　采样系统仿真原理 81

3.4.1 采样控制系统的算法描述 81

3.4.2　采样周期与仿真步长的关系 82

3.4.3　采样系统的仿真应用 84

本章小结 86

思考题与习题 87

第4章　MATLAB 7使用基础 88

本章学习指导 88

4.1 MATLAB 7简介 88

4.1.1 MATLAB的产生与发展 88

4.1.2 MATLAB的特点 89

4.1.3 MATLAB 7的改进及特色 90

4.2　MATLAB 7的开发环境 91

4.2.1 MATLAB 7桌面平台 91

4.2.2　MATLAB 7程序编辑器 94

4.2.3　MATLAB 7帮助系统 94

4.3　MATLAB 7的基本应用 97

4.3.1　MATLAB 7数值运算基础 97

4.3.2　MATLAB 7绘图 103

4.3.3　MATLAB 7程序设计基础 108

本章小结 113

思考题与习题 113

第5章　控制系统的MATLAB 7建模 115

本章学习指导 115

5.1 控制系统的模型表示 115

5.1.1　传递函数模型 115

5.1.2　零极点增益模型 117

5.1.3 状态空间模型 117

5.1.4　不同模型间的相互转换 119

5.2　环节方框图模型的化简 121

5.2.1 环节串联连接的化简 121

5.2.2　环节并联连接的化简 123

5.2.3　环节反馈连接的化简 124

5.2.4　闭环控制系统的化简 126

5.3　控制系统的建模实例 126

5.3.1 二级阻容网络的模型建立 126

5.3.2 双蓄水槽系统的模型建立 127

本章小结 129

思考题与习题 129

第6章　控制系统的MATLAB 7仿真 131

本章学习指导 131

6.1 控制系统时域分析的MATLAB实现 131

6.1.1 概述 131

6.1.2　连续系统的单位阶跃响应 131

6.1.3　连续系统的单位冲激响应 133

6.1.4　连续系统的零输入响应 135

6.2 控制系统频域分析的MATLAB实现 137

6.2.1 概述 137

6.2.2　连续系统的Bode图绘制 137

6.2.3　绘制系统Nyquist曲线的函数 138

6.2.4　求连续系统Nichols曲线的函数 138

6.2.5 求系统幅值裕度与相位裕度 139

6.2.6　求系统零极点和根轨迹的函数 141

6.3 利用MATLAB语言进行编程仿真 143

6.3.1　面向传递函数的线性系统仿真 143

6.3.2　面向结构图的线性系统仿真 145

6.3.3　线性系统的离散相似法仿真 147

6.3.4　非线性系统离散相似法仿真 149

6.3.5 采样控制系统仿真 157

本章小结 162

思考题与习题 163

第7章　Simulink 6.0使用基础 165

本章学习目标 165

7.1　Simulink 6.0仿真工具简介 165

7.1.1 Simulink 6.0仿真工具概述 165

7.1.2　Simulink 6.0的改进及其新特点 166

7.1.3 Simulink 6.0的启动与界面说明 166

7.2　Simulink 6.0模块库简介 167

7.2.1 连续系统模块库 167

7.2.2 离散系统模块库 168

7.2.3 非连续系统模块库 168

7.2.4　数学运算模块库 169

7.2.5　输入源模块库 169

7.2.6　输出模块库 170

7.2.7　常用模块库 170

7.3　Simulink 6.0的基本建模方法 171

7.3.1 模型窗口 171

7.3.2 模块的处理 172

7.3.3　模块的连接 173

7.3.4　系统模型图的创建 174

7.3.5 模型文件的保存与打开 176

7.4 自定义模块库和子系统 176

7.4.1 自定义模块库 177

7.4.2 自定义子系统 177

7.4.3 子系统的封装 180

7.5　S-函数的设计 183

7.5.1 S-函数模块 183

7.5.2　S-函数引导语句 183

7.5.3 参数初始化设定 184

7.5.4　S-函数设计举例 184

本章小结 186

思考题与习题 187

第8章　控制系统的Simulink仿真 188

本章学习指导 188

8.1 Simulink仿真参数的设置 188

8.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置 188

8.1.2　解算器（Solver）的参数设置 189

8.1.3 Data Import/Export的参数设置 190

8.2　控制系统的Simulink仿真应用 192

8.2.1 利用Simulink的系统模型仿真 192

8.2.2　利用Simulink的动态结构图仿真 197

本章小结 202

思考题与习题 203

第9章　智能控制系统的设计与仿真 205

本章学习指导 205

9.1 智能控制系统概述 205

9.2　模糊控制系统的设计与仿真 205

9.2.1　模糊控制系统概述 205

9.2.2　模糊逻辑工具箱及其应用 207

9.2.3　模糊控制系统的设计实例 213

9.3 神经网络控制系统的设计与仿真 218

9.3.1　神经网络概述 218

9.3.2　BP神经网络 219

9.3.3　神经网络工具箱及其应用 222

9.3.4　神经网络系统的设计实例 227

本章小结 231

思考题与习题 232

第10章　控制系统的计算机仿真实例 234

本章学习指导 234

10.1 汽车运动控制系统的设计与仿真 234

10.1.1 问题的提出 234

10.1.2　系统模型表示 235

10.1.3 仿真设计 235

10.2　直流电机调速系统的设计与仿真 240

10.2.1 问题的描述 240

10.2.2 系统模型表示 241

10.2.3　仿真设计 242

本章小结 246