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第1章 概论 1

本章学习目标 1

1.1 自动控制的任务及基本方式 1

1.1.1 系统的含义与特性 1

2.2.3 自动控制系统的传递函数 3 1

1.1.2 自动控制的任务 3

1.1.3 自动控制的基本方式 4

1.1.4 对控制系统的性能要求 7

1.2 控制系统的组成及分类 8

1.2.1 控制系统的组成符号及术语 8

1.2.2 控制系统的分类 9

1.3 计算机仿真的基本概念 10

1.3.1 仿真的概念 10

1.3.2 系统仿真的分类 12

1.3.3 系统仿真的过程 14

1.4 计算机仿真的特点及其应用 15

1.4.1 计算机仿真的特点 15

1.4.2 计算机仿真技术的应用 16

本章小结 17

思考题与习题 18

第2章 控制系统的数学模型 19

本章学习目标 19

2.1 微分方程 19

2.1.1 微分方程的建立 19

2.1.2 线性微分方程的求解 22

2.2.1 传递函数的概念 24

2.1.3 非线性数学模型的线性化处理 24

2.2 传递函数 24

2.2.2 典型环节及其传递函数 27

2.3 动态结构图及其等效变换 32

2.3.1 结构图的组成及绘制 32

2.3.2 结构图的等效变换 34

2.4 状态空间描述 37

2.4.1 状态变量 37

2.4.2 状态方程 38

2.5.1 数学模型转换的意义 39

2.5.2 数学模型转换应用举例 39

2.5 数学模型的相互转换 39

本章小结 40

思考题与习题 41

第3章 控制系统的分析方法 43

本章学习目标 43

3.1 典型输入信号及其响应 43

3.1.1 概述 43

3.1.2 典型输入信号 44

3.1.3 典型信号的响应 46

3.2 时域分析法 48

3.2.1 一阶系统的时域响应 49

3.2.2 二阶系统的时域响应 52

6.4 非线性系统离散相似法仿真 1 54

3.2.3 控制系统的稳定性分析 56

6.4.2 仿真源程序设计 1 57

3.2.4 系统的稳态误差分析 60

3.3 频域分析法 64

3.3.1 频率特性的概念 64

3.3.2 典型环节的频率特性 65

3.3.3 系统开环频率特性 70

3.3.4 系统性能的分析 72

本章小结 76

思考题与习题 76

第4章 计算机控制技术的应用 79

本章学习目标 79

4.1 常用控制程序的设计 79

4.1.1 常用报警程序 79

4.1.2 数字滤波程序 83

4.2 PID控制及其应用 88

4.2.1 数字PID控制算法 88

4.2.2 数字PID调节器参数的整定 90

4.3 直接数字控制系统 94

4.3.1 最少拍系统设计 94

4.3.2 达林算法 98

思考题与习题 102

本章小结 102

第5章 数值积分法仿真 104

本章学习目标 104

5.1 数值积分法 104

5.1.1 概述 104

5.1.2 数值积分法 105

5.2 面向微分方程的仿真程序设计 112

5.2.1 通用仿真程序的一般结构及工作原理 112

5.2.2 仿真源程序及其特点 114

5.3 面向结构图的仿真程序设计 118

5.3.1 典型环节的确定及算法描述 119

5.3.2 仿真程序设计 122

5.4 仿真精度与系统的稳定性 129

5.4.1 仿真过程的三类误差 129

5.4.2 稳定性分析 129

5.5 快速仿真算法 131

5.5.1 时域矩阵法 131

5.5.2 增广矩阵法 134

5.5.3 替换法 137

5.5.4 根匹配法 137

本章小结 140

思考题与习题 141

本章学习目标 143

6.1 离散相似法原理 143

第6章 离散相似法仿真 143

6.1.1 仿真算法描述 144

6.1.2 离散模型的精度及稳定性 145

6.2 典型环节的离散模型 146

6.2.1 积分环节 146

6.2.2 比例积分环节 146

6.3.1 仿真源程序设计 147

6.3 线性系统离散相似法仿真 147

6.2.4 比例惯性环节 147

6.2.3 惯性环节 147

6.3.2 应用实例分析 152

6.4.1 典型非线性特性 154

6.4.3 应用实例分析 162

6.5 采样系统仿真分析 164

6.5.1 采样系统的算法描述 164

6.5.2 采样周期与仿真步距的对应关系 166

6.5.3 采样控制仿真应用 167

6.5.4 仿真源程序及其解释 170

6.5.5 应用分析 177

本章小结 179

思考题与习题 179

第7章 MATLAB程序设计语言 182

本章学习目标 182

7.1 MATLAB简介 182

7.1.1 MATLAB的产生与发展 182

7.1.2 MATLAB的特点 183

7.2.1 MATLAB桌面平台 185

7.2 MATLAB环境 185

7.2.2 MATLAB的程序编辑器 188

7.2.3 MATLAB帮助系统 189

7.3 MATLAB的基本应用 192

7.3.1 MATLAB数值运算基础 192

7.3.2 MATLAB绘图 196

7.3.3 MATLAB程序设计基础 200

本章小结 204

思考题与习题 204

8.1 SIMULINK仿真工具简介 205

8.1.1 SIMULINK仿真工具概述 205

第8章 SIMULINK交互式仿真环境 205

本章学习目标 205

8.1.2 SIMULINK启动与界面说明 206

8.2 SIMULINK基本操作 210

8.2.1 模型窗口 210

8.2.2 模块的处理 211

8.2.3 模块的连接 213

8.2.4 创建系统模型图 214

8.2.5 自定义模块库和子系统 216

8.2.6 模型文件的保存与打开 220

本章小结 221

思考题与习题 221

第9章 控制系统的计算机仿真应用 222

本章学习目标 222

9.1 控制系统的MATLAB仿真基础 222

9.1.1 控制系统的模型表示 222

9.1.2 环节方框图模型的化简 227

9.1.3 控制系统性能分析的MATLAB实现 232

9.2.1 设置SIMULINK仿真参数 242

9.2 控制系统的SIMULINK仿真 242

9.2.2 控制系统SIMULINK仿真 245

9.3 控制系统的计算机仿真应用 258

9.3.1 面向传递函数的线性系统仿真 258

9.3.2 面向结构图的线性系统仿真 262

9.3.3 线性系统的离散相似法仿真 265

9.3.4 非线性系统离散相似法仿真 268

9.3.5 采样控制系统仿真 273

本章小结 279

思考题与习题 279

参考文献 282