MATLAB在自动控制中的应用PDF电子书下载

1.1　概述 1

第1章 MATLAB简介 1

1.2　桌面启动 3

1.3　通用操作界面简介 4

1.4　运行方式 5

1.5　图形窗口 6

1.6　帮助系统 6

1.7　工具箱 9

1.7.1　控制系统工具箱 10

1.7.2　Simulink 10

1.8　安装和内容选择 11

1.7.3　其他解决控制领域问题的工具箱 11

第2章 MATLAB基本使用方法及常用功能介绍 13

2.1　应用基础 13

2.1.1　最简单的计算器使用方法 13

2.1.2　矩阵 14

2.1.3　MATLAB的基本要素 17

2.2　基本操作 21

2.2.1　命令窗口 21

2.2.2　命令历史窗口 24

2.2.3　当前目录浏览器 25

2.2.4　工作空间浏览器 25

2.2.5　数组编辑器 26

2.2.6　数据文件的存取 27

2.3　数值运算 28

2.3.1　向量及其运算 28

2.3.2　数组及其运算 30

2.3.3　基本数学函数运算 33

2.3.4　矩阵的函数运算 34

2.3.5　多项式及其运算 37

2.4　符号运算 41

2.4.1　符号对象的创建和使用 41

2.4.2　符号运算中的运算符号和基本函数 42

2.4.3　符号表达式的操作 44

2.4.4　符号积分变换 47

2.5　图形表达功能 52

2.5.1　二维绘图 52

2.5.2　图形注释 57

2.5.3　特殊坐标绘图 60

2.5.4　三维绘图 63

2.5.5　句柄图形简介 66

2.6　程序设计基础 68

2.6.1　M文件 68

2.6.2　M文件编辑／调试器 72

2.6.3　程序设计基础 73

3.1　控制系统的数学模型 81

3.1.1　线性定常连续系统 81

第3章 数学模型的MATLAB描述 81

3.1.2　线性定常离散系统 83

3.2　数学模型的建立 83

3.2.1　传递函数模型 84

3.2.2　状态空间模型 88

3.2.3　零极点增益模型 92

3.2.4　频率响应数据模型 95

3.3　数学模型参数的获取 98

3.4　数学模型的转换 100

3.4.1 连续时间模型转换为离散时间模型 100

3.4.2　离散时间模型转换为连续时间模型 101

3.4.3　离散时间系统重新采样 102

3.4.4　传递函数模型转换为状态空间模型 103

3.4.5　传递函数模型转换为零极点增益模型 104

3.4.6　状态空间模型转换为传递函数模型 104

3.4.7　状态空间模型转换为零极点增益模型 105

3.4.8　零极点增益模型转换为传递函数模型 106

3.4.9　零极点增益模型转换为状态空间模型 107

3.5　数学模型的连接 108

3.5.1　优先原则 108

3.5.2　串联连接 109

3.5.3　并联连接 110

3.5.4　反馈连接 112

3.5.5　添加连接 115

3.5.6　复杂模型的连接 116

第4章　控制系统分析与设计 120

4.1　控制系统的时域分析 120

4.1.1　基本概念 120

4.1.2　时域分析方法 122

4.2　控制系统的频域分析 144

4.2.1　基本概念 144

4.2.2　频域分析方法 146

4.3　控制系统根轨迹法 160

4.3.1　基本概念 160

4.3.2　根轨迹分析方法 161

4.4.1　基本概念 165

4.4　状态空间模型的线性变换及简化 165

4.4.2　线性变换及简化 168

4.5　状态空间法分析 173

4.5.1　基本概念 173

4.5.2　可控性与可观测性分析 176

4.5.3　稳定性分析 182

4.6　状态空间法设计 184

4.6.1　基本概念 184

4.6.2　极点配置问题求解 185

4.7　线性二次型问题的最优控制 187

4.7.1　最优控制的基本概念 187

4.7.2　线性二次型最优控制问题及求解 188

4.7.3　最优观测器问题及求解 193

4.7.4　LQR/LQG设计 196

第5章　基于Simulink的控制系统建模与仿真 201

5.1　Simulink基本操作及模块库 201

5.1.1　运行Simulink 201

5.1.2　Simulink模块库 202

5.1.3　Simulink模型窗口的组成 203

5.2　Simulink模块库模块功能介绍 204

5.2.1　常用模块组 204

5.2.2　连续模块组 205

5.2.3　非连续模块组 206

5.2.4　离散模块组 207

5.2.5　数学运算模块组 209

5.2.6　信源模块组 211

5.2.7　信宿模块组 213

5.3　Simulink基本建模方法 216

5.3.1　Simulink模型概念 216

5.3.2　Simulink模型窗口的操作 216

5.3.3　模块操作 217

5.3.4　信号线的操作 220

5.3.5　模型的注释 222

5.4.1　仿真运行 223

5.4.2　仿真参数的配置 223

5.4　Simulink模型的仿真运行 223

5.5　连续时间系统建模与仿真 228

5.5.1　线性连续时间系统 228

5.5.2　非线性连续时间系统 237

5.6　离散时间系统建模与仿真 246

5.6.1　离散时间系统建模概述 246

5.6.2　线性定常离散时间系统建模与仿真 247

5.6.3　非线性离散时间系统建模与仿真 249

5.7　非线性系统的线性化 250

5.7.1　非线性系统的工作点 250

5.7.2　非线性系统的线性化 250

5.7.3　应用线性化方法求系统的数学模型 253

5.8　子系统创建及封装技术 255

5.8.1　Simulink子系统及创建 255

5.8.2　封装子系统 259

5.8.3　创建模块库 266

5.9　S函数及其应用 267

5.9.1　S函数的概念 267

5.9.2　Simulink的仿真机理 268

5.9.3　S函数的基本结构 269

5.9.4 S函数设计举例 272

第6章　反馈控制系统分析与设计工具 278

6.1 LTI Viewer及使用 278

6.1.1 LTI Viewer显示窗口 279

6.1.3 图形窗口中显示曲线的设置 280

6.1.2　模型数据的导入 280

6.1.4　多种响应形式的配置 282

6.1.5　多个模型曲线的显示 282

6.1.6　模型显示的选择 284

6.2 SISO设计工具及使用 284

6.2.1 SISO设计工具窗口 286

6.2.2　系统数据的导入 287

6.2.3　响应曲线的设定 287

6.2.4　右击菜单的使用 288

6.2.5　Bode图设计方法 288

6.2.6　根轨迹设计方法 296

6.2.7　校正装置及模型参数的导出 301

6.2.8　将模型参数导出至Simulink仿真模型 302

6.3　Simulink响应最优化软件包 303

6.3.1　控制系统优化设计概述 303

6.3.2　SRO功能及模块库 304

6.3.3　给定性能指标的优化设计 307

6.3.4　跟踪参考信号的优化设计 311

6.3.5　模型参数不确定的优化设计 315

第7章　MATLAB应用案例 318

7.1　直流电动机速度控制 318

7.1.1　直流电动机的数学模型 318

7.1.2　数学模型的MATLAB描述 319

7.1.4　前馈校正设计 320

7.1.3 电枢电压ua（t）作用下的单位阶跃响应 320

7.1.5　反馈校正设计 321

7.1.6　LQR校正设计 322

7.2　计算机硬盘读／写磁头位置控制器设计 323

7.2.1 硬盘读／写磁头的数学模型及MATLAB描述 324

7.2.2　模型离散化及性能分析 324

7.2.3 附加超前校正装置及性能分析 326

7.2.4 闭环控制系统设计与性能分析 327

7.3　飞机偏航阻尼器设计 329

7.3.1　数学模型及MATLAB描述 329

7.3.2　校正前系统性能分析 331

7.3.3　校正装置设计 334

7.3.4　校正后系统性能分析 337

7.4　飞行器控制系统综合与分析 339

7.4.1　飞行器控制系统数学模型 339

7.4.2　飞行器控制系统综合与分析的内容 340

7.4.3　校正装置参数优化设计 341

7.4.4　时域性能分析 343

7.4.5　频域性能分析 345

附录A MATLAB Notebook与Microsoft Word的连接 348

A.1 Notebook的安装与启动 348

A.2 Notebook的使用 349

A.3 使用Notebook的注意事项 352

附录B 缩略词表 353

参考文献 354