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第1章 绪论 1

1.1 控制系统仿真的基本概念 1

1.1.1 仿真的基本概念 1

1.1.2 计算机仿真的分类 1

1.1.3 控制系统仿真 2

1.2 控制系统仿真研究的步骤 2

1.3 控制系统仿真的应用和发展 4

1.3.1 控制系统仿真的应用 4

1.3.2 控制系统仿真的发展 4

1.4 MATLAB/Simulink简介 5

1.4.1 MATLAB简介 5

1.4.2 Simulink简介 6

1.5 本章小结 7

第2章 MATLAB语言基础 8

2.1 MATLAB的编程环境 9

2.1.1 MATLAB启动和退出 9

2.1.2 MATLAB的命令窗口 10

2.1.3 MATLAB的工作空间 10

2.1.4 当前目录窗口 11

2.1.5 命令历史窗口 11

2.1.6 MATLAB文件管理 11

2.1.7 MATLAB帮助使用 12

2.1.8 数据交换系统 13

2.2 MATLAB基础知识 14

2.2.1 变量与常量 14

2.2.2 数字变量的运算及显示格式 14

2.2.3 字符串 15

2.3 矩阵运算 16

2.3.1 矩阵生成 16

2.3.2 矩阵基本操作 17

2.3.3 矩阵运算 19

2.4 数组运算 22

2.4.1 基本数学运算 22

2.4.2 关系运算 22

2.4.3 逻辑运算 23

2.4.4 基本初等函数 24

2.5 符号运算 25

2.6 矩阵函数 25

2.6.1 三角分解法 25

2.6.2 正交分解法 26

2.6.3 奇异值分解法 27

2.6.4 特征值分解法 27

2.6.5 矩阵的秩 28

2.6.6 多项式 28

2.7 MATLAB常用绘图命令 32

2.7.1 二维图形的绘制 32

2.7.2 三维图形 40

2.7.3 图形的输出 44

2.8 MATLAB程序设计 44

2.8.1 M文件编辑器 44

2.8.2 MATLAB程序类型 46

2.8.3 函数变量及变量作用域 49

2.8.4 子函数与私有函数 50

2.8.5 交互式输入 50

2.8.6 MATLAB程序流程控制 51

2.9 本章小结 55

习题 55

第3章 Simulink仿真工具 57

3.1 运行Simulink演示程序 57

3.2 Simulink模型的建立 58

3.2.1 Simulink模型窗口 58

3.2.2 Simulink模块库简介 59

3.2.3 Simulink模块的操作 66

3.2.4 模块的连接 67

3.2.5 模块的参数修改 68

3.2.6 Simulink模块的联机帮助系统 69

3.2.7 Simulink模型的输出与打印 69

3.2.8 Simulink模型举例 70

3.3 Simulink的仿真方法 71

3.3.1 仿真过程的设置 71

3.3.2 系统仿真 76

3.3.3 模糊控制系统的仿真 78

3.4 S-函数 82

3.4.1 S-函数的工作方式 82

3.4.2 用MATLAB语言编写S-函数 84

3.4.3 用C语言编写S-函数 89

3.5 本章小结 94

习题 94

第4章 控制系统数学模型 95

4.1 动态过程微分方程描述 95

4.2 动态过程的传递函数描述 96

4.2.1 传递函数定义与性质 96

4.2.2 传递函数零极点表示 98

4.2.3 传递函数的部分分式表示 101

4.2.4 典型环节的传递函数及其时域响应 102

4.2.5 高阶系统的时域分析 106

4.3 动态过程状态空间描述 106

4.4 系统模型转换及连接 109

4.4.1 模型转换 109

4.4.2 模型连接 112

4.5 本章小结 115

习题 115

第5章 控制系统分析 117

5.1 时域分析 117

5.1.1 典型输入信号 117

5.1.2 动态性能指标 119

5.1.3 线性系统时域响应 120

5.1.4 时域分析相关的MATLAB函数 122

5.1.5 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用 123

5.2 稳定性分析 127

5.2.1 稳定性基本概念 127

5.2.2 稳定性判据 128

5.2.3 稳态误差计算 128

5.2.4 MATLAB在稳定性分析中的应用 131

5.3 根轨迹分析 137

5.3.1 幅值条件和相角条件 137

5.3.2 绘制根轨迹的一般法则 138

5.3.3 广义根轨迹 139

5.3.4 根轨迹分析相关的MATLAB函数 139

5.3.5 MATLAB在绘制根轨迹图中的应用 140

5.4 频域分析 144

5.4.1 频率特性 144

5.4.2 典型环节频率响应分析 146

5.4.3 闭环频率响应分析 151

5.4.4 稳定性分析 152

5.4.5 频域分析相关的MATLAB函数 154

5.4.6 MATLAB在绘制频率特性中的应用 155

5.5 线性系统的状态可控性与状态可观性分析 163

5.5.1 状态可控性 164

5.5.2 状态可观性 165

5.5.3 MATLAB在状态可控性和可观性分析中的应用 166

5.6 李雅普诺夫稳定性分析 170

5.6.1 李雅普诺夫第一法 170

5.6.2 李雅普诺夫第二法 171

5.6.3 利用MATLAB进行系统稳定性分析 174

5.7 本章小结 177

习题 177

第6章 控制器设计 178

6.1 PID控制器设计 178

6.1.1 PID控制器概述 178

6.1.2 比例控制器 178

6.1.3 积分控制器 180

6.1.4 比例积分控制器 180

6.1.5 比例微分控制器 181

6.1.6 比例积分微分控制器 183

6.2 PID控制器参数整定 184

6.2.1 Ziegler-Nichols整定法 184

6.2.2 临界振荡法 186

6.2.3 衰减曲线法 189

6.2.4 凑试法 189

6.3 控制系统校正的根轨迹法 190

6.3.1 基于根轨迹法的超前校正 190

6.3.2 基于根轨迹法的滞后校正 193

6.3.3 基于根轨迹法的超前滞后校正 195

6.4 控制系统校正的频率响应法 196

6.4.1 基于频率法的超前校正 196

6.4.2 基于频率法的滞后校正 198

6.5 状态反馈与极点配置 200

6.5.1 状态反馈 200

6.5.2 输出反馈 201

6.5.3 极点配置 202

6.6 状态观测器 204

6.7 本章小结 210

习题 210

第7章 控制系统仿真实验 212

7.1 MATLAB平台认识实验 212

7.2 MATLAB绘图 216

7.3 控制系统的阶跃响应 219

7.4 控制系统的根轨迹作图 223

7.5 直流电动机调速系统 224

7.6 交流电动机调速系统 226

7.7 本章小结 235

参考文献 236