控制系统计算机仿真技术PDF电子书下载

1绪论 1

1.1自动控制的任务及基本方式 1

1.1.1自动控制的任务 1

1.1.2自动控制的基本方式 2

1.2计算机仿真概述 2

1.2.1系统仿真的概念和仿真过程 2

1.2.2仿真技术的发展趋势 3

1.2.3计算机仿真软件及仿真分类 3

1.3计算机仿真的特点及其应用 4

1.3.1计算机仿真的特点 4

1.3.2计算机仿真的应用 4

本章小结 5

习题 5

2控制系统的数学模型 6

2.1数学模型概述 6

2.1.1数学模型的含义 6

2.1.2数学模型的分类 6

2.1.3数学模型的建立方法 6

2.2几种常用的数学模型 7

2.2.1微分方程 7

2.2.2传递函数 8

2.2.3状态空间描述 9

2.2.4零极点增益模型 10

2.3数学模型的相互转换 10

2.4 MATLAB常用的建立模型以及转换模型函数 12

2.4.1 MATLAB建立模型的函数 12

2.4.2系统的组合和连接 14

2.4.3模型的转换 15

本章小结 17

习题 17

3控制系统的基本原理和分析方法 18

3.1典型输入信号及其响应 18

3.2时域分析法 19

3.2.1一阶系统的时域响应 19

3.2.2二阶系统的时域响应 22

3.2.3控制系统的稳定性分析 23

3.2.4控制系统的稳态误差分析 24

3.3频率分析法 25

3.3.1频率特性的概念 25

3.3.2典型环节的频率特性 25

3.3.3系统开环频率特性的绘制 26

3.3.4系统性能的分析和计算 26

3.4基于MATLAB的控制系统分析 27

3.4.1线性系统的时域分析 27

3.4.2频域分析 34

3.4.3线性系统的性能分析 36

3.4.4离散系统的分析 38

本章小结 39

习题 40

4控制系统计算机仿真算法分析 41

4.1数值积分法 41

4.1.1欧拉（Euler）法 41

4.1.2梯形法 44

4.1.3龙格-库塔（Runge-Kutta）法 45

4.2常用求解微分方程的MATLAB命令及其算法比较 46

4.3数值积分公式的应用 46

4.4仿真精度与系统稳定性 48

4.5快速仿真算法 48

4.5.1时域矩阵法 48

4.5.2增广矩阵法 49

4.5.3替换法 50

4.5.4根匹配法 51

4.5.5离散相似法 52

本章小结 54

习题 54

5控制系统数字仿真的实现 56

5.1控制系统的结构及拓扑描述 56

5.2面向系统结构图的数字仿真 57

5.2.1典型闭环控制系统数字仿真 57

5.2.2复杂连接的闭环系统数字仿真 60

5.3线性系统仿真 62

5.3.1线性系统的数值积分法仿真 62

5.3.2线性系统的离散相似法仿真 63

5.4非线性系统仿真 63

5.4.1典型非线性特性 64

5.4.2非线性系统的仿真过程及应用 65

5.5采样系统仿真 66

5.5.1采样控制系统的算法描述 66

5.5.2计算机控制系统的数字仿真 67

5.6控制系统数字仿真实例 68

本章小结 72

习题 72

6经典控制系统的设计方法与仿真实现 73

6.1系统校正方法与实现 73

6.1.1超前校正 73

6.1.2滞后校正 74

6.1.3滞后-超前校正 75

6.1.4反馈校正 77

6.2基于仿真技术的随动系统校正课程设计 79

6.2.1目的 79

6.2.2实验原理及内容 79

6.2.3实验仪器 82

6.2.4实验过程 82

本章小结 85

习题 86

7现代控制系统分析方法与仿真实现 87

7.1控制系统的状态空间描述 87

7.1.1状态空间的基本概念 87

7.1.2线性定常连续系统状态空间表达式的建立 90

7.2线性定常系统的能控性和能观性 95

7.2.1能控性问题 95

7.2.2能观性问题 97

7.2.3能控标准型和能观标准型 97

7.3线性定常系统的极点配置 99

7.3.1状态反馈与极点配置 99

7.3.2输出反馈与极点配置 101

7.4李雅普诺夫稳定性分析 103

7.5应用MATLAB进行状态方程分析求解 106

本章小结 108

习题 109

8控制系统计算机仿真工具 113

8.1引言 113

8.2 MATLAB的安装及使用 113

8.2.1 MATLAB的安装 113

8.2.2 MATLAB的基本用法 114

8.3 MATLAB中的图形 118

8.3.1二维作图 118

8.3.2多重线 118

8.3.3子图 119

8.4 MATLAB编程 119

8.4.1 M文件 119

8.4.2命令文件 119

8.4.3函数文件 120

8.4.4解代数方程和常微分方程 121

8.5 SIMULINK仿真 124

8.5.1 SIMULINK的基本操作 125

8.5.2系统仿真及参数设置 127

8.5.3 SIMULINK仿真分析 128

本章小结 130

习题 130

9控制系统模拟仿真演示系统设计与实现 131

9.1目的 131

9.2设计的主要内容 131

9.3设计步骤 132

本章小结 137

控制系统计算机仿真实验 138

一、主要实验仪器设备 138

二、实验基本要求 138

实验1 MATLAB使用方法和程序设计 138

一、实验目的 138

二、实验内容 138

三、实验要求 139

实验2状态空间控制模型系统仿真及状态方程求解 139

一、实验目的 139

二、实验内容 139

三、实验要求 142

实验3典型二阶系统的模拟响应 143

一、实验目的 143

二、实验内容 143

三、实验要求 146

实验4 SIMULINK仿真 146

一、实验目的 146

二、实验内容 146

三、实验要求 147

大实验 147

部分习题参考答案 151

参考文献 155