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第1章 控制与仿真的基础知识 1

本章学习指导 1

1.1 自动控制的基本概念 1

1.1.1 控制理论的发展和应用 1

1.1.2 自动控制的概念及其应用 2

1.1.3 自动控制的基本方式 3

1.1.4 对控制系统的性能要求 5

1.2 控制系统的组成及分类 7

1.2.1 控制系统的组成及其符号表示 7

1.2.2 控制系统的分类 8

1.3 计算机仿真的基本概念 9

1.3.1 系统仿真的定义和仿真过程 9

1.3.2 系统仿真的分类 11

1.4 计算机仿真的特点及其应用 12

1.4.1 计算机仿真的类别及其特点 12

1.4.2 计算机仿真的应用 13

思考题与习题1 14

小结 14

第2章 控制系统的数学模型 16

本章学习指导 16

2.1 数学模型的基本概念 16

2.1.1 数学模型的定义 16

2.1.2 数学模型的分类及其描述 16

2.1.3 数学模型的建立方法 17

2.2 微分方程 17

2.2.1 微分方程的建立 18

2.2.2 拉普拉斯变换 20

2.2.3 微分方程的求解 21

2.2.4 非线性数学模型的线性化处理 23

2.3 传递函数 23

2.3.1 传递函数的概念 23

2.3.2 典型环节及其传递函数 25

2.3.3 自动控制系统的传递函数 27

2.4 系统动态结构图及其等效变换 28

2.4.1 结构图的组成 29

2.4.2 结构图的等效变换 30

2.5 状态空间描述 32

2.5.1 状态变量 33

2.5.2 状态方程 34

2.6 数学模型的相互转换 34

小结 35

思考题与习题2 36

3.1 典型输入信号及其响应 38

3.1.1 概述 38

本章学习指导 38

第3章 控制系统性能的分析方法 38

3.1.2 典型输入信号 39

3.1.3 典型信号的响应 40

3.2 时域分析法 40

3.2.1 一阶系统的时域响应 41

3.2.2 二阶系统的时域响应 43

3.2.3 控制系统的稳定性分析 46

3.2.4 控制系统的稳态误差分析 49

3.3 频域分析法 53

3.3.1 频率特性的概念 53

3.3.2 典型环节的频率特性 54

3.3.3 系统的开环频率特性 57

3.3.4 系统性能的分析 58

小结 61

思考题与习题3 62

第4章 控制技术简介 64

本章学习指导 64

4.1 微机控制系统概述 64

4.1.1 微机控制系统的组成及模块功能 64

4.1.2 微机控制系统的分类 65

4.1.3 微机控制系统的设计 66

4.2 常用控制程序的设计 67

4.2.1 报警程序设计 67

4.2.2 数字滤波程序设计 71

4.3 PID控制及其应用 75

4.3.1 数字PID控制算法 75

4.3.2 数字PID调节器参数的整定 76

4.4 直接数字控制系统 78

4.4.1 最少拍系统设计 79

4.4.2 达林算法 81

小结 82

思考题与习题4 83

第5章 系统仿真方法及应用 84

本章学习指导 84

5.1 数值积分法 84

5.1.1 欧拉法 85

5.1.2 梯形法 86

5.1.3 龙格-库塔法 86

5.1.4 数值积分公式的应用 88

5.2 离散相似法 89

5.2.1 仿真算法描述 90

5.2.2 典型环节的离散模型 91

5.3 线性系统仿真 92

5.3.1 线性系统的数值积分法仿真 93

5.3.2　线性系统的离散相似法仿真 97

5.4 非线性系统仿真 99

5.4.1 典型非线性特性 99

5.4.2 非线性系统仿真过程及应用 102

5.5 采样系统仿真 104

5.5.1 采样控制系统的算法描述 104

5.5.2 采样周期与仿真步长的关系 105

5.5.3 采样系统的仿真应用 106

小结 109

思考题与习题5 109

6.1.1 MATLAB的产生与发展 111

6.1 MATLAB简介 111

本章学习指导 111

第6章 MATLAB的基本知识及其应用 111

6.1.2 MATLAB的主要特点 112

6.1.3 MATLAB 6.x的主要改进及相关功能 112

6.2 MATLAB工作环境 113

6.2.1 MATLAB的桌面 113

6.2.2 MATLAB的程序编辑器 117

6.2.3 MATLAB帮助系统 118

6.3 MATLAB的应用 119

6.3.1 MATLAB数值运算 119

6.3.2 MATLAB绘图 126

6.3.3 MATLAB程序设计 129

小结 133

思考题与习题6 134

第7章 Simulink简介及其应用 135

本章学习指导 135

7.1 Simulink简介 135

7.1.1 Simulink概述 135

7.1.2 Simulink的启动与界面 136

7.2.1 模型窗口 139

7.2 Simulink的基本操作 139

7.2.2 模块的处理与连接 140

7.2.3 系统模型的创建 141

7.2.4 模型文件的使用 143

7.3 控制系统的Simulink仿真 143

7.3.1 给定仿真模型的仿真分析 143

7.3.2 给定动态结构图的仿真分析 148

小结 152

思考题与习题7 153

8.1.1 系统的传递函数模型表示 155

8.1 控制系统的模型表示 155

第8章 控制系统的仿真应用 155

本章学习指导 155

8.1.2 系统的零极点增益模型表示 156

8.1.3 系统的状态空间模型表示 156

8.1.4 系统不同模型之间的相互转换 157

8.1.5 系统方框图模型的等效变换 159

8.2 采用MATLAB分析系统性能 163

8.2.1 控制系统的时域响应分析 163

8.2.2 控制系统的频域响应分析 167

8.3 控制系统仿真的应用实例 169

8.3.1 面向传递函数的线性系统仿真 169

8.3.2 面向结构图的线性系统仿真 171

8.3.3 非线性系统仿真 174

8.3.4 采样控制系统仿真 178

小结 181

思考题与习题8 181

参考文献 184