控制系统MATLAB计算及仿真实训PDF电子书下载

第1章 控制系统及仿真概述 1

解题实训题 1

第1部分 控制系统MATLAB计算及仿真的解题实训 1

第2章 MATLAB 7.0系统 2

2.1 MATLAB 7.0的安装与启动 2

2.1.1 MATLAB 7.0的安装 2

2.1.2 Notebook的安装 5

2.1.3 MATLAB 7.0（即MATLAB R14）的启动 6

2.1.4 Notebook的启动 6

2.2 MATLAB 7.0的系统 7

2.2.1 MATLAB 7.0的系统界面 7

2.2.3 MATLAB 7.0工具栏按钮 9

2.2.4 MATLAB 7.0的命令窗口（Command Window） 9

2.2.2 MATLAB 7.0菜单项命令 9

2.3 MATLAB 7.0的内容及其查找 10

2.3.1 MATLAB 7.0的内容 10

2.3.2 MATLAB 7.0的内容查找 12

2.4 Notebook 15

2.4.1 Notebook菜单命令简介 15

2.4.2 Notebook的使用 16

2.4.3 Notebook使用的几个问题 16

上机操作实训题 17

第3章 MATLAB的数值运算 18

3.1 MATLAB的数值运算基础 18

3.2 MATLAB的数组、矩阵运算 19

3.3 MATLAB的数组函数与矩阵函数 32

3.4 多项式及其运算 34

3.5.2 MATLAB数学表达式书写 37

3.5.1 MATLAB的数学表达式 37

3.5 MATLAB的数学表达式及其书写 37

解题实训题 38

第4章 MATLAB符号运算基础 41

4.1 复习MATLAB符号运算的几个基本概念 41

4.2 MATLAB符号对象的基本运算与关系运算 41

4.3 MATLAB符号运算的基本函数 42

4.4 MATLAB符号微积分运算 44

4.5 MATLAB符号方程运算 50

解题实训题 56

第5章 MATLAB的程序设计 58

5.1 有关MATLAB程序设计的基本概念 58

5.2 MATLAB程序设计基本规则 58

5.3 有关MATLAB程序设计举例 59

解题实训题 66

第6章 MATLAB常用图形命令与符号函数图形命令 67

6.1 MATLAB的常用图形命令 67

6.1.1 绘图函数plot（） 67

6.1.2 绘图坐标系的调整 68

6.1.3 图形标注 68

6.1.4 多次重叠绘制图形 71

6.1.5 图形窗口的分割 71

6.2 MATLAB的特殊坐标绘图函数 71

6.2.1 对数坐标曲线 71

6.2.2 极坐标曲线 72

6.2.3 双y轴坐标曲线 73

6.3 MATLAB离散数据与步进图形的绘图函数 73

6.3.1 MATLAB绘制离散数据图形的函数命令stem（） 73

6.4 MATLAB符号函数的图形命令 74

6.3.2 MATLAB绘制步进图形的函数命令stairs（） 74

解题实训题 75

第7章 MATLAB7.0的仿真集成环境Simulink6.1 76

7.1 Simulink仿真工具 76

7.1.1 进入MATLAB 7.0的Simulink 6.1 76

7.1.2 Simulink仿真特色 77

7.2 Simulink 6.1的界面与组成 77

7.2.1 Simulink 6.1功能模块组的打开与关闭 78

7.2.2 Simulink 6.1功能模块的分类及其用途 78

7.3 用Simulink建立系统模型 94

7.3.1 模型窗口 94

7.3.2 模块的查找与选择 95

7.3.3 模块的复制、移动与删除 95

7.3.4 模块的连接 97

7.3.5 模块标题名称的修改 98

7.3.6 系统结构图模型标题名称的标注与修改 98

7.3.7 创建模型的复原操作 98

7.3.8 模型文件的保存与打开 99

7.3.9 模型框图的打印 99

7.3.10 Simulink建模注意事项 99

7.4 模块内部参数的设置或修改 100

7.4.1 10个常用模块内部参数的设置或修改 100

7.4.2 用Simulink建立系统模型举例 105

7.5 自定义子系统与子系统的封装 105

7.5.1 自定义子系统 105

7.5.2 子系统的封装 108

解题实训题 110

8.1 设置或修改LTI对象的属性值函数set（） 113

第8章 控制系统数学模型的MATLAB实现 113

8.2 控制系统数学模型 114

8.3 控制系统模型转换与化简 119

8.4 用系统Simulink模型结构图化简控制系统模型 123

解题实训题 126

第9章 控制系统时域分析的MATLAB实现 130

9.1 Laplace变换及反变换 130

9.1.1 Laplace变换与反变换的概念 130

9.1.2 两个特殊函数的表示法 131

9.1.3 计算函数的Laplace变换 131

9.1.4 计算用图形表示的函数的Laplace变换 135

9.1.5 利用留数将象函数表达式展成部分分式 139

9.1.6 用Laplace反变换求原函数 142

9.1.7 Laplace变换的卷积与卷积定理 144

9.1.8 用Laplace变换定义传递函数 145

9.1.9 用Laplace反变换求解微分方程 148

9.2 MATLAB函数指令方式下的时域响应仿真 154

9.2.1 一阶系统时域分析的MATLAB实现 155

9.2.2 二阶及高阶系统时域分析的MATLAB实现 158

9.3 利用Simulink动态结构图的时域响应仿真 167

9.3.1 利用Simulink动态结构图模型程序方式下的时域响应仿真 167

9.3.2 在Simulink窗口里菜单方式下的时域响应仿真 169

解题实训题 171

第10章 控制系统稳定性分析的MATLAB实现 176

10.1 代数稳定判据的MATLAB实现 176

10.1.1 用系统特征方程的根判定系统稳定性 176

10.1.2 用Lienard-Chipard稳定判据判定系统稳定性 177

10.2 用根轨迹法判定系统稳定性的MATLAB实现 178

10.3.1 用Bode图法判断系统稳定性 182

10.3 用频率法判定系统稳定性的MATLAB实现 182

10.3.2 用Nyquist曲线法判断系统稳定性 185

解题实训题 188

第11章 控制系统稳态误差计算的MATLAB实现 190

11.1 控制系统的静态误差系数与动态误差系数 190

11.2 3种典型信号给定输入作用下的稳态误差 193

11.3 从输出端定义的非单位负反馈系统的误差的计算 200

11.4 扰动输入作用下的稳态误差计算 202

11.5 绘制误差响应曲线 203

解题实训题 206

第12章 根轨迹分析的MATLAB实现 209

12.1 控制系统根轨迹分析MATLAB实现 209

12.1.1 根轨迹分析的MATLAB实现的函数指令格式 209

12.1.2 根轨迹分析的MATLAB实现举例 210

12.2 根轨迹设计工具 219

解题实训题 221

第13章 控制系统频域分析的MATLAB实现 223

13.1 控制系统的频率特性 223

13.2 控制系统Bode图及其模值裕度与相位裕度 225

13.3 控制系统Nyquist曲线 232

解题实训题 233

第14章 描述函数法分析非线性系统的MATLAB实现 235

14.1 非线性系统特性简述 235

14.2 非线性系统自振 235

14.3 非线性系统自振分析 236

14.4 描述函数法分析非线性系统自振的MATLAB实现 237

解题实训题 259

15.1 简单闭环控制系统的MATLAB计算及仿真 261

第15章 自动控制系统的MATLAB计算及仿真 261

15.2 多闭环控制系统的MATLAB计算及仿真 269

15.3 位置随动系统的动态校正设计与稳态误差分析 277

15.3.1 位置随动系统的动态校正设计 278

15.3.2 位置随动系统的稳态误差分析 288

15.4 过程控制系统的MATLAB计算及仿真 292

15.4.1 简单回路控制系统的动态校正设计 292

15.4.2 前馈控制系统的MATLAB计算及仿真 296

15.4.3 大延迟控制系统的动态校正设计 301

解题实训题 304

第16章 自动控制系统的设计 308

16.1 控制系统Bode图设计法 310

16.1.1 控制系统Bode图常规设计法的超前校正设计 310

16.1.2 控制系统Bode图设计法的滞后校正设计 317

16.2.1 控制系统根轨迹超前校正设计 325

16.2 控制系统根轨迹校正设计 325

16.2.2 控制系统根轨迹滞后校正设计 328

16.3 控制系统P、PI、PID校正设计 331

16.3.1 控制系统Ziegler-Nichols整定公式的P、PI、PID校正设计 331

16.3.2 控制系统Cohen-Coon整定公式的P、PI、PD、PID校正设计 333

16.3.3 控制系统最优控制（误差积分指标最优）的P、PI、PID校正设计 334

16.3.4 控制系统稳定边界法的P、PI、PID校正设计 338

解题实训题 340

第17章 状态空间分析的MATLAB实现 342

17.1 系统状态空间描述及其状态方程的解 342

17.1.1 状态空间表达式的建立 342

17.1.2 求控制系统的状态转移矩阵φ（t） 345

17.1.3 求控制系统的传递矩阵G（s） 347

17.1.4 求控制系统的特征方程、特征值及特征向量 348

17.1.5 求控制系统的状态方程的解 349

17.1.6 连续系统状态方程的离散化 351

17.2 系统状态方程的线性变换 352

17.2.1 控制系统的P变换 352

17.2.2 控制系统的P-1变换 354

17.2.3 利用范德蒙矩阵将状态方程化为对角线标准形 355

17.2.4 将状态方程化为约当标准形 356

17.3 线性系统的可控性与可观性 360

17.3.1 线性系统的可控性 360

17.3.2 线性系统的可观性 365

17.4 系统状态反馈与状态观测器 370

17.4.1 系统的极点配置 370

17.4.2 系统的状态观测器 371

17.4.3 系统的状态降维观测器 374

17.5 Lyapunov系统稳定性分析的MATLAB实现 378

解题实训题 381

第18章 线性二次型最优控制的MATLAB实现 387

18.1 连续系统线性二次型最优控制 387

18.2 离散系统稳态线性二次型最优控制 389

18.3 最优观测器（Kalman滤波）的MATLAB实现 391

18.4 线性二次型Guass最优控制器 394

解题实训题 396

第2部分 控制系统MATLAB计算及仿真的实验实训 400

第19章 MATLAB仿真基础实验实训 400

【实验实训19-1】MATLAB 7.0系统的安装、卸载与启动 400

【实验实训19-2】MATLAB 7.0系统界面、菜单认识与内容查找 401

【实验实训19-3】Simulink 6.1系统界面与菜单认识 401

【实验实训19-4】典型模块的参数设置 401

【实验实训19-6】程序方式下与Notebook方式下运行程序 402

【实验实训19-5】仿真模型图的绘制 402

第20章 自动控制原理实验实训 404

【实验实训20-1】控制系统时域分析的MATLAB实现 404

【实验实训20-2】控制系统稳定性分析的MATLAB实现 404

【实验实训20-3】控制系统稳态误差分析的MATLAB实现 404

【实验实训20-4】控制系统根轨迹分析的MATLAB实现 405

【实验实训20-5】控制系统频域分析的MATLAB实现 405

【实验实训20-6】描述函数分析非线性系统的MATLAB实现 406

【实验实训20-7】状态空间分析的MATLAB实现 406

【实验实训20-8】线性二次型最优控制的MATLAB仿真 406

第21章 电力拖动控制系统MATLAB仿真实验实训 408

【实验实训21-1】单闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真 408

【实验实训21-2】双闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真 408

【实验实训21-4】位置控制系统的MATLAB计算与仿真 409

【实验实训21-3】三闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真 409

第22章 生产过程控制系统MATLAB仿真实验实训 410

【实验实训22-1】简单回路控制系统的MATLAB计算及仿真 410

【实验实训22-2】串级控制系统的MATLAB计算及仿真 410

【实验实训22-3】前馈控制系统的MATLAB计算及仿真 411

【实验实训22-4】大延迟控制系统的MATLAB计算及仿真 411

第3部分 控制系统MATLAB计算及仿真的课程设计与毕业设计实训 412

第23章 电力拖动控制系统课程与毕业设计实训 412

【电力拖动控制系统设计实训23-1】单闭环直流调速系统的MATLAB设计及仿真 412

【电力拖动控制系统设计实训23-2】双闭环直流调速系统的MATLAB设计与仿真 417

附录A 解题实训题参考答案 425

附录B 作者编写的MATLAB函数 469

附录C 无源校正网络与有源校正网络 491

参考文献 496