MATLAB R2016a控制系统设计与仿真PDF电子书下载

第1章 MATLAB R2016a软件介绍 1

1.1 MATLAB的功能特点 1

1.1.1 MATLAB的主要特性 1

1.1.2 MATLAB R2016a的新功能 3

1.2 MATLAB窗口介绍 5

1.2.1启动MATLAB 5

1.2.2命令窗口 6

1.2.3当前文件夹 8

1.2.4工作空间 11

1.3 MATLAB基础知识 12

1.3.1常量与变量 12

1.3.2矩阵与数组 14

1.4 MATLAB的控制流 16

1.4.1循环结构 16

1.4.2选择结构 17

1.4.3多选择结构 18

1.5 MATLAB的帮助系统 19

1.5.1命令行帮助 19

1.5.2帮助导航/浏览器 20

1.5.3 DEMO帮助系统 20

1.5.4网络资源帮助 21

第2章 MATLAB线性控制系统模型 22

2.1控制系统概述 22

2.2线性控制系统模型 23

2.2.1线性连续系统 23

2.2.2线性离散时间系统 28

2.2.3系统模型的相互转换 30

2.2.4线性系统模型的降阶 35

2.2.5线性系统的辨识 46

2.3系统模型间的转换 58

2.4系统模型间的连接 64

2.4.1串联方式 64

2.4.2并联方式 66

2.4.3反馈方式 67

2.4.4模型连接的综合实现 69

第3章 MATLAB线性控制系统分析 72

3.1线性系统稳定性概述 72

3.1.1系统稳定的概念 72

3.1.2系统稳定的意义 72

3.1.3系统特征多项式 73

3.1.4系统稳定的判定 73

3.2线性系统性质分析 73

3.2.1直接判定 73

3.2.2线性相似变换 77

3.2.3线性判定的实现 79

3.3 MATLAB LTI Viewer稳定性判定 80

3.4线性系统的能控性与能观性 83

3.4.1能控性 83

3.4.2能观性 86

3.5系统的范数 88

3.6线性系统的数字仿真 89

3.6.1线性系统的阶跃响应 89

3.6.2任选输入下的系统响应 95

3.6.3非零初始状态下系统的时域响应 97

第4章 MATLAB时域分析 98

4.1典型的时域分析 98

4.1.1典型输入信号 98

4.1.2动态与稳态过程 99

4.1.3时域性能指标 100

4.1.4一阶系统时域分析 101

4.1.5线性系统的时域分析求法 102

4.2二阶系统时域分析 103

4.2.1二阶系统的数学模型 103

4.2.2二阶系统分类 103

4.2.3欠阻尼二阶系统的性能分析 104

4.2.4二阶系统的重要结论 104

4.3高阶系统分析 105

4.4时域稳定性分析 106

4.5常用时域函数 107

4.6时域分析的应用实例 110

4.7 MATLAB图形化时域分析 120

第5章 MATLAB根轨迹分析 124

5.1根轨迹的基本概念 124

5.1.1根轨迹方程 124

5.1.2根轨迹图的规则 125

5.1.3根轨迹的性能 126

5.2二阶系统的根轨迹分析 127

5.3根轨迹的MATLAB函数 127

5.3.1绘制根轨迹 127

5.3.2计算根轨迹增益 128

5.3.3频率网格 129

5.4根轨迹的应用实例 131

5.5控制系统的校正方法 140

5.5.1串联校正 140

5.5.2反馈校正 141

5.6控制系统的根轨迹校正 141

5.6.1根轨迹超前校正 142

5.6.2根轨迹滞后校正 146

5.7图形化工具 150

第6章 MATLAB频域分析 154

6.1频域分析的一般方法 154

6.1.1频率特性的概念 154

6.1.2频域分析法的特点 155

6.1.3频率特性的表示法 155

6.1.4频率特性的几何表示法 156

6.1.5频域的性能指标 157

6.1.6典型环节的频率特性 157

6.2频率分析其他相关概念 164

6.3频域分析的系统性能分析 165

6.3.1奈奎斯特稳定判据 165

6.3.2 Bode图相对稳定性分析 166

6.3.3频域闭环性能指标 166

6.4频域分析的MATLAB函数 167

6.4.1奈奎斯特图 167

6.4.2 Bode图 169

6.4.3尼科尔斯图 170

6.4.4求取稳定裕度 171

6.4.5计算交叉频率和稳定裕度 173

6.4.6网格线 174

6.5频域分析的应用实例 175

6.6频域分析校正 182

6.6.1频域串联超前校正 182

6.6.2频域滞后校正 189

6.6.3频域滞后-超前校正 196

第7章 PID控制器分析 205

7.1 PID控制概述 205

7.1.1 PID控制的基本原理 205

7.1.2 PID控制的优点 206

7.1.3比例（P）控制 206

7.1.4比例微分控制 208

7.1.5积分控制 211

7.1.6比例积分控制 214

7.1.7比例积分微分控制 216

7.2 PID控制器的设计 223

7.2.1连续PID控制器 223

7.2.2离散PID控制器 225

7.3 PID控制器参数整定法 227

7.3.1 Ziegler-Nichols整定法 227

7.3.2改进的Ziegler-Nichols整定法 233

7.3.3 Cohen-Coon参数整定 238

7.3.4最优PID整定经验 242

第8章 MATLAB非线性系统分析 246

8.1非线性系统的其他相关概念 247

8.2 Simulink介绍 249

8.2.1 Simulink的特点 250

8.2.2 Simulink的启动 251

8.2.3 Simulink实例 252

8.3非线性系统分析与仿真 253

8.3.1相轨迹图分析 253

8.3.2函数法非线性系统分析 256

8.3.3非线性定时/定常系统 260

8.3.4饱和非线性环节仿真 261

8.3.5死区非线性环节仿真 265

8.3.6间隙非线性环节仿真 267

8.4离散系统 268

8.4.1差分方程法 269

8.4.2 Z变换 271

8.5 S-函数 275

8.5.1 S-函数的含义 275

8.5.2 S-函数模块 276

8.5.3 S-函数模板 277

8.5.4 S-函数的实现 280

第9章 MATLAB状态空间控制系统分析 285

9.1状态空间控制系统概述 285

9.2状态的基本概念 287

9.3状态空间方程 287

9.4状态空间表达式的标准型 288

9.4.1对角标准型 288

9.4.2约当标准型 289

9.4.3能控标准型 291

9.4.4能观标准型 294

9.5极点配置 296

9.5.1单输入系统的极点配置 297

9.5.2多输入系统的极点配置 298

9.5.3极点配置的实例应用 300

9.6二次型最优控制 309

9.6.1无限时间LQ状态调节 310

9.6.2无限时间LQ输出调节 312

9.6.3离散二次型最优控制 314

9.7状态反馈控制系统 316

9.7.1全维状态观测器的控制器 317

9.7.2全维状态观测器的调节器 318

第10章 MATLAB鲁棒控制器分析 327

10.1鲁棒控制问题概述 327

10.1.1小增益 327

10.1.2标准鲁棒性 328

10.1.3 H∞控制概述 328

10.2鲁棒控制系统的MATLAB法 330

10.2.1鲁棒控制工具箱法 330

10.2.2系统矩阵法 332

10.2.3不确定系统法 333

10.3范数鲁棒控制器的设计 335

10.3.1 H2，H∞鲁棒控制器的设计 335

10.3.2 H2，H∞鲁棒控制器的实现 336

10.4鲁棒控制的其他函数 346

10.4.1混合灵敏度函数 346

10.4.2回路成型函数 348

10.4.3 μ分析的综合鲁棒控制器设计 351

10.5线性矩阵不等式 353

10.5.1线性不等式的描述 353

10.5.2线性矩阵不等式的MATLAB求解 354

第11章 MATLAB智能控制分析 361

11.1智能控制概述 361

11.1.1智能控制与传统控制的比较 361

11.1.2智能控制的主要方法 362

11.1.3智能控制的研究热点 362

11.2神经网络控制系统 362

11.2.1神经网络概述 362

11.2.2神经自适应PID控制 365

11.2.3神经网络的智能控制 365

11.3三种典型的神经网络控制系统 367

11.3.1模型预测控制 367

11.3.2反馈线性化控制 374

11.3.3模型参考控制 377

11.4模糊逻辑控制系统 382

11.4.1模糊控制概述 382

11.4.2带PID功能的模糊控制器 387

11.5 MATLAB模糊逻辑工具箱的实现 388

11.5.1模糊推理系统的基本类型 389

11.5.2模糊逻辑工具箱函数 390

11.5.3模糊推理的应用实例 396

11.5.4模糊逻辑工具箱图形用户界面 400

11.5.5模糊逻辑系统模块 407

11.5.6模糊推理系统的实现 408

11.6遗传算法 415

11.6.1遗传算法概述 415

11.6.2遗传算法的实现 416

参考文献 421