MATLAB控制系统设计与仿真PDF电子书下载

第1章 MATLAB软件与控制系统概述 1

1.1 MATLAB概述 1

1.1.1 MATLAB发展史 1

1.1.2 MATLAB系统结构 2

1.1.3 MATLAB语言特点 3

1.1.4 MATLAB新特性 4

1.1.5 MATLAB R2013a新功能 4

1.2 MATLAB的安装、退出及卸载 5

1.2.1 MATLAB的安装 5

1.2.2 MATLAB的启动和退出 9

1.2.3 MATLAB卸载 11

1.3 MATLAB工作环境 12

1.3.1 HOME工具项 13

1.3.2 PLOTS工具项 16

1.3.3 Apps工具项 16

1.3.4 命令窗口 17

1.3.5 工作空间窗口 19

1.3.6 命令历史窗口 19

1.4 MATLAB帮助系统 21

1.4.1 MATLAB帮助命令 21

1.4.2 MATLAB帮助窗口 22

1.4.3 MATLAB演示系统 23

1.4.4 MATLAB远程帮助 25

1.5 自动控制系统概述 27

1.5.1 自动控制形式 27

1.5.2 自动控制系统的分类 28

1.5.3 控制系统的要求及性能评价 29

1.6 控制系统仿真概述 30

1.6.1 仿真基本概念 30

1.6.2 仿真不同的分类 30

1.6.3 仿真应用与发展 31

1.6.4 仿真基本步骤 32

1.7 非线性系统特性 33

1.7.1 非线性系统自振 33

1.7.2 非线性系统自振分析 33

第2章 MATLAB控制系统的数学模型 35

2.1 MATLAB基本程序元素 35

2.1.1 变量与常量 35

2.1.2 运算符 36

2.2 MATLAB数据类型 39

2.2.1 数值类型 40

2.2.2 字符串 45

2.2.3 元胞数组 48

2.2.4 结构数组 49

2.3 系统的数学模型 53

2.3.1 连续系统 53

2.3.2 离散系统 54

2.4 数学模型的MATLAB相关函数 55

2.4.1 传递模型函数 55

2.4.2 零极点模型函数 60

2.4.3 状态空间模型函数 63

2.5 系统模型间转换 67

2.6 系统模型连接 73

2.6.1 优先原则 73

2.6.2 串连 73

2.6.3 并连 74

2.6.4 反馈连接 75

2.6.5 混合连接 76

第3章 MATLAB控制系统稳定性判定 78

3.1 数组及矩阵 78

3.1.1 数组的创建 78

3.1.2 矩阵的创建 81

3.1.3 矩阵的基本数值运算 84

3.1.4 特殊矩阵 88

3.1.5 符号对象 92

3.2 稳定性概述 96

3.3 代数稳定判据 98

3.3.1 方程特征根判定稳定性 98

3.3.2 lienard-Chipard判据判定系统稳定性 99

3.4 根轨迹法判定稳定性 99

3.5 传递函数极点法判断系统稳定性 102

3.6 李亚普诺夫第二法判定系统稳定性 104

3.7 频率法判定系统稳定性 105

3.7.1 Bode图判定系统的稳定性 105

3.7.2 Nyquist曲线判断系统稳定性 108

3.8 系统误差分析与计算 111

3.8.1 误差e（t）的计算 112

3.8.2 系统的稳态误差 112

3.8.3 与输入有关的稳态误差 112

3.8.4 与干扰有关的稳态误差 118

3.9 MATLAB LTI Viewer稳定性判定实例 120

第4章 MATLAB控制系统的时域分析 122

4.1 时域响应分析 122

4.1.1 典型输入信号 122

4.1.2 时域分析的基本概念 124

4.1.3 线性系统时域响应求法 126

4.2 二阶系统 126

4.2.1 二阶系统的单位脉冲响应 126

4.2.2 二阶系统的单位阶跃响应 128

4.3 高阶系统 130

4.4 时域分析在MATLAB中的应用 132

4.5 MATLAB图形化时域分析 139

第5章 MATLAB控制系统的根轨迹分析 143

5.1 根轨迹的概述 143

5.2 二阶系统的根轨迹分析 144

5.3 MATLAB根轨迹相关函数 147

5.4 其他形式根轨迹 154

5.4.1 其他形式根轨迹概述 154

5.4.2 其他形式的根轨迹实例 155

5.5 根轨迹对系统的暂态特性的分析 157

5.6 控制系统的根轨迹校正法 159

5.6.1 根轨迹法超前校正 160

5.6.2 根轨迹法滞后校正 164

5.7 根轨迹的设计工具 167

第6章 MATLAB控制系统的频域分析 172

6.1 频率特性基本概念 172

6.1.1 频率特性定义 172

6.1.2 频域分析法特点 173

6.1.3 频域性能指标 173

6.2 频率特性的表示法 174

6.2.1 Nyquist图 174

6.2.2 Bode图 174

6.2.3 Nichols图 175

6.3 典型环节的频率特性 175

6.3.1 典型环的Nyquist图 175

6.3.2 典型环节的Bode图 179

6.4 频域分析的其他概念 187

6.5 频域分析的MATLAB函数 188

6.6 频域稳定性分析 200

6.6.1 Nyquist稳定判据 200

6.6.2 稳定裕度 205

第7章 MATLAB控制系统的状态空间法 208

7.1 Simulink概述 208

7.1.1 Simulink特点 208

7.1.2 启动Simulink 209

7.1.3 一个简单的仿真系统 209

7.2 建立状态空间表达式 214

7.2.1 由图建立状态空间表达式 214

7.2.2 由函数建立状态空间表达式 218

7.3 状态变换 222

7.3.1 非唯一性与特征不变性 222

7.3.2 标准型 223

7.4 可控性与可观性 227

7.4.1 状态可控性 227

7.4.2 状态可观性 228

7.4.3 可控和可观性实现 228

7.5 状态空间的MATLAB实现 235

7.6 系统状态反馈与状态观测器 239

7.6.1 极点配置 239

7.6.2 状态观测器 240

第8章 MATLAB离散控制系统的设计 242

8.1 离散控制系统的基本概念 242

8.1.1 离散控制系统的基本组成 242

8.1.2 数字控制系统工作过程 243

8.1.3 离散控制系统的特点 243

8.2 离散信号的数字描述 243

8.2.1 采样过程及采样定理 243

8.2.2 保持器的数学描述 245

8.3 Z变换 247

8.3.1 离散信号的Z变换 247

8.3.2 Z变换与其逆变换 248

8.4 离散控制系统的数学模型 252

8.4.1 离散系统的时域数学模型 252

8.4.2 离散系统的频域数学模型 254

8.5 离散控制系统分析 259

8.5.1 离散控制系统的稳定性 259

8.5.2 采样周期与开环增益对稳定性的影响 261

第9章 MATLAB控制系统的校正分析 264

9.1 概述 264

9.1.1 控制系统性能指标 264

9.1.2 校正基本概念 265

9.2 根轨迹校正法 266

9.2.1 根轨迹法串联超前校正 267

9.2.2 根轨迹的串联滞后校正 270

9.2.3 根轨迹的串联超前滞后校正 273

9.3 频域响应校正法 276

9.3.1 频域法的串联超前校正 276

9.3.2 频域法的串联滞后校正 280

9.3.3 频域串联滞后-超前校正 283

9.3.4 反馈校正 287

9.4 PID控制器校正 291

9.4.1 PID控制器概述 292

9.4.2 比例（P）控制 293

9.4.3 比例微分（PD）控制 294

9.4.4 积分（I）控制 296

9.4.5 比例积分（PI）控制 298

9.4.6 比例积分微分（PID）控制 299

9.4.7 PID控制器参数整定 304

第10章 MATLAB最优与鲁棒控制系统设计 316

10.1 最优控制问题的描述 316

10.2 连续系统二次型最优控制 317

10.2.1 连续系统二次型最优控制概述 317

10.2.2 连续系统二次型最优控制的MATLAB实现 318

10.3 离散系统二次型最优控制 321

10.3.1 离散系统二次型最优控制概述 321

10.3.2 离散系统二次型最优控制的MATLAB实现 321

10.4 卡尔曼滤波器 323

10.5 线性二次型高斯最优控制 330

10.5.1 LQG最优控制概述 330

10.5.2 LQG最优控制的MATLAB实现 331

10.6 鲁棒控制系统设计 339

10.6.1 鲁棒控制简介 339

10.6.2 鲁棒控制系统的MATLAB实现 342

第11章 MATLAB控制系统的综合实例 348

11.1 MATLAB在积分中的应用 348

11.2 MATLAB在微分方程中的应用 348

11.3 MATLAB/Simulink在机电中的应用 350

11.4 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用 351

11.5 MATLAB/Simulink在根轨迹分析中的应用 355

11.6 MATLAB在频域响应中的应用 358

11.7 MATLAB/Simulink在状态空间中的应用 363

11.8 MATLAB在PID控制器设计中的应用 366

11.9 MATLAB在导弹系统中的应用 368

参考文献 372