MATLAB语言与控制系统仿真实训教程PDF电子书下载

第1章　MATLAB操作基础 1

1.1　MATLAB概述 1

1.1.1　MATLAB的功能特点 1

1.1.2　初识MATLAB 3

1.2　MATLAB的安装与集成环境 4

1.2.1 启动与退出MATLAB集成环境 4

1.2.2 MATLAB主窗口 5

1.2.3　MATLAB命令窗口 8

1.2.4　MATLAB工作空间窗口 10

1.2.5　MATLAB历史命令记录窗口 11

1.2.6 MATLAB的Start按钮 12

1.3　MATLAB帮助系统 13

1.3.1　MATLAB帮助窗口 13

1.3.2　MATLAB帮助命令 13

1.3.3　MATLAB演示系统 14

1.4　MATLAB工具箱 14

1.5　MATLAB的变量 14

1.5.1 MATLAB变量与运算符 14

1.5.2　MATLAB特殊变量 15

1.5.3　MATLAB数据的变量精度与显示方式 15

1.6 实训 18

1.6.1 实训目的 18

1.6.2　实训内容 18

第2章　MATLAB语言的数值运算 23

2.1　MATLAB变量与赋值 23

2.1.1　预定义变量 23

2.1.2　变量命名与赋值语句 23

2.1.3 内存变量的删除与修改 24

2.2　MATLAB矩阵 25

2.2.1　MATLAB矩阵的建立 25

2.2.2　MATLAB矩阵的数据处理 28

2.2.3　MATLAB特殊矩阵 33

2.3　MATLAB矩阵运算 39

2.3.1　MATLAB矩阵的算术运算 39

2.3.2　MATLAB关系运算 44

2.3.3　MATLAB逻辑运算 45

2.4　MATLAB矩阵分析 46

2.4.1　对角阵与三角阵 46

2.4.2　矩阵的转置与旋转 49

2.4.3　矩阵的逆与伪逆 51

2.4.4　方阵的行列式 53

2.4.5　矩阵的特征值与特征向量 53

2.4.6　矩阵的秩与迹 55

2.4.7　向量和矩阵的范数 56

2.4.8　矩阵的条件数与线性方程组的性态和解的误差分析 57

2.4.9　矩阵的超越函数 61

2.5　MATLAB基本数学函数 62

2.5.1　三角函数与双曲函数 62

2.5.2　其他常用函数 69

2.6　MATLAB多项式及其运算 75

2.6.1　多项式的建立 75

2.6.2　多项式的四则运算 76

2.6.3　多项式的求值与求根运算 78

2.6.4　多项式的构造 80

2.6.5　多项式的微分 81

2.7　MATLAB多项式插值和拟合 81

2.7.1　多项式插值 81

2.7.2　多项式拟合 83

2.8　线性方程组的数值解 85

2.8.1　矩阵相除法求解线性方程组 85

2.8.2　消去法求解线性方程组 86

2.9　MATLAB数值积分与微分 87

2.9.1　MATLAB数值积分 87

2.9.2　MATLAB数值微分 89

2.10　非线性方程数值求解与函数极值 90

2.10.1　非线性方程数值求解 90

2.10.2　函数极值 91

2.11　实训 92

2.11.1 实训目的 92

2.11.2 实训内容 92

第3章 MATLAB绘图 98

3.1　二维曲线绘图 98

3.1.1　基本绘图函数与图形窗口分割函数 98

3.1.2　plot（x）绘图 100

3.1.3　plot（x,y,'S'）绘图 103

3.1.4　plot（x1,y1,'S1',…,xn,yn,'Sn'）绘图 105

3.1.5　二维曲线其他绘图方式 106

3.1.6　图形标注与坐标控制 114

3.1.7　图形的可视化编辑 117

3.2　三维图形的绘制 118

3.2.1　三维曲线的绘制 118

3.2.2　三维曲面的绘制 119

3.2.3　其他三维图形的绘制 121

3.3 图形修饰处理 124

3.3.1　视点处理 124

3.3.2 色彩处理 125

3.3.3　光照处理 128

3.4　动画制作 130

3.4.1 动画制作函数 130

3.4.2　彗星图 131

3.4.3 帧动画 133

3.4.4　程序动画 133

3.5 实训 135

3.5.1 实训目的 135

3.5.2　实训内容 135

第4章　控制系统的数学模型 141

4.1　控制系统的数学模型基础知识 141

4.1.1　数学模型的定义、特点、分类 141

4.1.2　控制系统的微分方程 142

4.1.3　控制系统的传递函数 142

4.1.4　控制系统的结构图 145

4.1.5　典型控制系统结构图与常用传递函数 146

4.2　控制系统数学模型的MATLAB描述 147

4.2.1　传递函数模型（TF模型） 147

4.2.2　零极点模型（ZPK模型） 148

4.2.3　状态空间模型（SS模型） 149

4.2.4　控制系统传递函数的部分分式展开 151

4.3　控制系统模型的基本结构 151

4.3.1 串联连接结构 151

4.3.2　并联连接结构 156

4.3.3　反馈连接结构 158

4.4　不同模型对象的相互转换和模型数据的还原 159

4.4.1　TF模型、ZPK模型、SS模型三种模型参数之间的相互转换 159

4.4.2　LTI对象模型之间的相互转换 160

4.4.3　LTI对象模型数据的还原 162

4.5 控制系统的数学模型MATLAB实训 162

4.5.1 实训目的 162

4.5.2　实训内容 163

第5章　控制系统时域分析MATALB仿真 166

5.1　控制系统时域分析基础知识 166

5.1.1　典型环节与传递函数 166

5.1.2　控制系统的型别、开环增益、根轨迹增益 166

5.1.3　控制系统的稳定性、快速性、准确性 167

5.1.4　控制系统的动态过程与性能指标 167

5.1.5　典型输入信号 167

5.1.6　典型时间响应 169

5.2　控制系统的单位阶跃响应 169

5.2.1　控制系统的单位阶跃响应 169

5.2.2　控制系统单位阶跃响应的MATLAB仿真实现 170

5.3　控制系统的单位脉冲响应 175

5.3.1　控制系统的单位脉冲响应 175

5.3.2　控制系统单位脉冲响应的MATLAB仿真实现 175

5.4　控制系统的零输入响应 177

5.4.1　控制系统的零输入响应 177

5.4.2　控制系统零输入响应的MATLAB仿真实现 177

5.5　控制系统的一般输入响应 179

5.6　控制系统的时域响应MATLAB仿真实训 181

5.6.1 实训目的 181

5.6.2　实训内容 182

第6章　控制系统频域分析MATLAB仿真 186

6.1　控制系统频域分析的基础知识 186

6.1.1　频率特性的概念 186

6.1.2　频率特性的表示方法 186

6.1.3　幅相频率特性曲线 187

6.1.4　对数频率特性（伯德图） 187

6.1.5　奈奎斯特稳定性判据 187

6.1.6　稳定裕量 188

6.1.7　闭环频率特性性能指标 188

6.1.8　频域指标与时域指标之间的关系 189

6.2　控制系统频域分析的MATLAB实现 189

6.2.1　伯德图的绘制 189

6.2.2　稳定裕度函数 195

6.2.3　极坐标绘图（奈奎斯特图）函数 198

6.3　运算放大器电路的频率特性分析 199

6.3.1　运算放大器电路的传递函数 199

6.3.2　运算放大器电路的频率特性分析举例 200

6.4　控制系统频域分析MATLAB仿真实训 203

6.4.1 实训目的 203

6.4.2　实训内容 203

第7章　控制系统根轨迹分析MATLAB仿真 206

7.1　MATLAB根轨迹分析的基本命令 206

7.1.1　根轨迹法基础知识 206

7.1.2　根轨迹分析的基本命令 206

7.2　控制系统根轨迹分析MATLAB仿真举例 218

7.3 控制系统根轨迹分析MATLAB仿真实训 223

7.3.1 实训目的 223

7.3.2　实训内容 223

第8章　控制系统的Simulink仿真 226

8.1　Simulink概述 226

8.1.1　Simulink仿真环境的进入 226

8.1.2　Simulink仿真文件的建立与执行 227

8.2　Simulink模块库及各模块功能简介 234

8.2.1　Continuous模块库及库内各模块功能 234

8.2.2　Discontinuous模块库及库内各模块功能 235

8.2.3　Discrete模块库及库内各模块功能 235

8.2.4　Look-Up Tables模块库及库内各模块功能 236

8.2.5　Math Operations模块库及库内各模块功能 236

8.2.6　Model Verification模块库及库内各模块功能 238

8.2.7　Model-Wide Utilities模块库及库内各模块功能 239

8.2.8　Ports＆Subsystems模块库及库内各模块功能 240

8.2.9　Signal Attributes模块库及库内各模块功能 241

8.2.10　Signal Routing模块库及库内各模块功能 242

8.2.11　Sinks模块库及库内各模块功能 244

8.2.12　Sources模块库及库内各模块功能 245

8.2.13　User-Defined Functions模块库及库内各模块功能 246

8.3　Simulink功能模块的处理与仿真参数的设置 246

8.3.1　Simulink功能模块的处理 246

8.3.2　Simulink仿真参数的设置 247

8.4　Simulink子系统及其封装 248

8.4.1　Simulink子系统的建立 248

8.4.2　Simulink子系统的封装 249

8.5　混沌系统的Simulink仿真举例 251

8.6　控制系统的Simulink仿真实训 253

8.6.1　实训目的 253

8.6.2　实训内容 253

附录　Matlab常用命令集合 257

参考文献 287