MATLAB R2008控制系统动态仿真实例教程PDF电子书下载

第一篇　MATLAB基础知识 3

第1章　MATLAB基础 3

1.1 MATLAB基本操作 3

1.1.1 MATLAB简介 3

1.1.2 MATLAB R2008a的安装与激活 4

1.1.3 MATLAB R2008a基本操作 11

1.1.4 MATLAB R2008帮助系统 15

1.2　矩阵与数组 16

1.2.1 MATLAB数据结构与语句结构 16

1.2.2　矩阵的运算 19

1.2.3　数组的运算 24

1.2.4　向量 25

1.3　多项式与数据拟合 27

1.3.1 多项式 27

1.3.2　数据拟合 29

本章小结 30

习题 30

第2章　MATLAB绘图与M文件 33

2.1　基本绘图函数 33

2.1.1　二维图形基本绘制方法 33

2.1.2　多窗口绘图 38

2.1.3 单窗口多子图绘制 39

2.1.4　三维图形绘制（plot3） 41

2.2　图形标注 42

2.2.1 坐标轴标注 42

2.2.2 图例与文本标注 43

2.2.3 图形窗口工具栏基本使用方法 44

2.3　MATLAB程序控制 46

2.3.1　循环结构 46

2.3.2　if-else-end分支结构 47

2.3.3　switch-case结构 50

2.4　M文件编辑器 51

2.4.1 M脚本文件 51

2.4.2 M函数文件 53

本章小结 54

习题 54

第二篇　控制系统计算机辅助分析与设计第3章　控制系统数学模型 57

3.1　控制系统常用数学模型 57

3.1.1 系统模型分类 57

3.1.2　连续系统数学模型 58

3.1.3 离散系统数学模型 59

3.2　控制系统数学模型的MATLAB实现 60

3.2.1　传递函数模型 60

3.2.2　零极点增益模型 64

3.2.3　状态空间模型 66

3.3　系统模型的转换 67

3.3.1 传递函数与状态空间模型之间的转换 68

3.3.2　传递函数与零极点增益模型之间的转换 71

3.3.3　状态空间模型与零极点增益模型之间的转换 73

3.4　系统模型的连接 75

3.4.1 系统模型的串联 75

3.4.2　系统模型的并联 78

3.4.3　系统模型的反馈连接 81

本章小结 84

习题 84

第4章　控制系统计算机辅助分析 87

4.1　控制系统稳定性分析 87

4.1.1　稳定性的基本概念及必要条件 87

4.1.2　根据特征方程根判定系统稳定性 87

4.1.3　利用传递函数的极点判断系统的稳定性 90

4.1.4　利用李亚普诺夫第二法判定系统的稳定性 92

4.2　控制系统根轨迹分析 94

4.2.1　控制系统的根轨迹分析基础知识 94

4.2.2　根轨迹分析的MATLAB函数 98

4.2.3　利用根轨迹图进行闭环系统性能分析 107

4.2.4　参数根轨迹的绘制 109

4.2.5　根轨迹的图形设计工具 113

4.3　控制系统时域分析 118

4.3.1　控制系统时域分析的一般方法 118

4.3.2　控制系统时域分析函数的使用方法 120

4.4　控制系统频域分析 127

4.4.1　频域分析基本概念 127

4.4.2　极坐标频率特性图的绘制 129

4.4.3　对数频率特性图的绘制 133

本章小结 142

习题 143

第5章　控制系统计算机辅助设计 145

5.1　PID控制器的设计 145

5.1.1　PID控制基本原理 145

5.1.2　比例（P）控制及性能分析 146

5.1.3　比例积分（PI）控制及性能分析 148

5.1.4　比例微分（PD）控制及性能分析 150

5.1.5　PID控制器的设计 151

5.2　串联超前校正器设计 160

5.2.1　超前校正网络的基本特性 160

5.2.2 串联超前校正器的Bode图设计 162

5.2.3 串联超前校正器的根轨迹图设计 169

5.3　串联滞后校正器的设计 173

5.3.1 滞后校正网络的基本特性 173

5.3.2 串联滞后校正器的Bode图设计 175

5.3.3 串联滞后校正器的根轨迹图设计 180

5.4　串联滞后／超前校正器的设计 184

5.4.1 串联滞后／超前校正网络的特性 184

5.4.2 串联滞后／超前校正器的Bode图设计 185

5.4.3 串联滞后／超前校正器的根轨迹图设计 188

本章小结 191

习题 192

第三篇　Simulink与动态系统仿真设计第6章　Simulink仿真基础 195

6.1 Simulink简介 195

6.1.1 Simulink启动 195

6.1.2 Simulink组成 195

6.1.3 Simulink仿真过程 197

6.2 Simulink建模与仿真基本方法 197

6.2.1　简单模型的建立 197

6.2.2　模块的参数设置 201

6.2.3 仿真参数设置 203

6.2.4　运行仿真与仿真输出 204

6.3　Simulink模块库简介 205

6.3.1　常用模块库 205

6.3.2　连续系统模块库 214

6.3.3　非连续系统模块库 218

6.3.4　离散系统模块库 219

6.3.5　逻辑与位操作模块库 221

6.3.6　表格查询模块库 222

6.3.7　数学操作模块库 224

6.3.8　端口与子系统模块库 225

6.3.9　信号属性操作模块库 226

6.3.10　信号路由模块库 227

6.3.11　接收模块库 229

6.3.12　信号源模块库 230

6.3.13　用户自定义功能模块库 231

6.3.14　附加数据及离散系统模块库 233

6.4　Simulink子系统 234

6.4.1 子系统的创建方法 234

6.4.2　子系统的封装方法 235

本章小结 239

习题 239

第7章　动态系统Simulink建模与仿真 241

7.1　动态系统Simulink仿真模型的建立 241

7.1.1 由系统框图建立Simulink仿真模型 241

7.1.2　由传递函数建立Simulink仿真模型 243

7.1.3 由状态方程建立Simulink仿真模型 245

7.1.4 由微分方程建立Simulink仿真模型 246

7.2　动态系统Simulink仿真参数设置 252

7.2.1　系统模块参数设置 252

7.2.2 系统模型注释与信号标签设置 253

7.2.3　Simulink仿真参数设置 255

7.2.4　Scope选择与参数设置 258

7.3　S-函数与Simulink仿真实例 263

7.3.1 S-函数简介 263

7.3.2 S-函数工作原理 267

7.3.3 编写M文件的S-函数 269

7.3.4 S-函数的封装 281

7.3.5 S-函数编写实例 281

本章小结 286

习题 286

第8章 控制系统Simulink建模与仿真实例 289

8.1 PID控制器的Simuink仿真设计 289

8.1.1 Ziegler-Nichols整定法 289

8.1.2 临界比例带法 290

8.1.3 衰减曲线法 292

8.2　交流电机SPWM调速系统建模与动态仿真 294

8.2.1 交流电机SPWM调速原理 294

8.2.2　SPWM交流调速系统的Simulink建模与仿真分析 296

8.3　大迟延系统的Simulink建模与仿真 301

8.3.1 大迟延系统控制方法 301

8.3.2 大迟延系统微分先行控制的Simulink仿真 302

8.3.3　大迟延系统中间反馈控制的Simulink仿真 303

8.3.4　大迟延系统Smith预估补偿控制的Simulink仿真 304

8.4　Simulink环境下电力系统建模与仿真 305

8.4.1 电力系统仿真工具箱简介 305

8.4.2 电力系统仿真实例 311

8.5　Simulink环境下神经网络建模与仿真 318

8.5.1　神经网络工具箱简介 318

8.5.2　神经网络的Simulink建模与仿真 321

本章小结 323

习题 324

第四篇　模糊控制系统仿真设计 327

第9章　模糊控制系统设计入门 327

9.1　模糊集合与模糊关系 327

9.1.1　模糊集合的定义 327

9.1.2　模糊集合的表示 327

9.1.3　模糊关系与模糊矩阵 328

9.2　模糊语言 330

9.2.1　模糊语言组成要素 330

9.2.2　语言值 331

9.2.3　语言变量 331

9.3　模糊逻辑推理方法 332

9.3.1　似然推理 332

9.3.2　模糊逻辑的Zadeh推理法 332

9.3.3　模糊逻辑的Mamdani推理法 333

9.3.4　模糊逻辑Sugeno推理 333

9.4　模糊控制系统结构 334

9.4.1　一般模糊控制系统结构 334

9.4.2　一般模糊控制器结构 335

9.4.3 引入积分控制后的模糊控制器结构 335

9.5　模糊-PID控制原理 336

9.5.1　参数自调节模糊-PID控制原理 337

9.5.2　参数自调节模糊-PID控制的参数整定方法 337

9.6　模糊控制系统设计步骤及实例 338

本章小结 344

习题 344

第10章　MATLAB R2008模糊逻辑工具箱基本用法 345

10.1　模糊逻辑工具箱图形界面工具 345

10.1.1　基本模糊推理系统编辑器 345

10.1.2　隶属度函数编辑器（mfedit） 348

10.1.3　模糊规则编辑器（Ruleedit） 349

10.1.4　模糊规则观察器（RuleView） 351

10.1.5　模糊推理输入输出曲面观察器（Surfview） 351

10.2　模糊推理系统的建立、修改与存储管理 352

10.2.1 newfis函数 352

10.2.2 writefis函数 353

10.2.3 readfis函数 354

10.2.4 getfis函数 354

10.2.5 showfis函数 356

10.2.6 setfis函数 357

10.3　输入输出语言变量及其语言值 358

10.3.1 addvar函数 359

10.3.2 rmvar函数 359

10.4　模糊语言变量的隶属函数 360

10.4.1　模糊语言变量隶属函数的操作函数 360

10.4.2　隶属函数类型 363

10.5　模糊规则的建立与修改 373

10.5.1 addrule函数 373

10.5.2 parsrule函数 374

10.5.3 showrule函数 374

10.6　模糊推理计算与解模糊化 375

10.6.1 evalfis函数 375

10.6.2 defuzz函数 375

10.6.3 gensurf函数 376

10.7 Sugeno型模糊逻辑推理 377

本章小结 378

习题 379

第11章　模糊逻辑控制系统仿真实例 381

11.1　一维模糊控制系统仿真设计 381

11.1.1 一维模糊控制系统结构 381

11.1.2　一维模糊控制器的仿真设计 381

11.1.3　一维模糊控制系统Simulink仿真 385

11.2　二维模糊控制系统仿真设计 386

11.2.1　二维模糊控制系统基本结构 386

11.2.2　二维模糊控制器的仿真设计 386

11.2.3　二维模糊控制系统Simulink仿真 390

11.3　模糊-PI双模控制系统仿真设计 391

11.3.1　模糊-PI双模控制系统结构 391

11.3.2　控制器设计 391

11.3.3　模糊-PI双模控制Simulink建模仿真 396

11.4　参数自调节模糊-PID控制器设计 397

11.4.1　参数自调节模糊-PID控制系统结构 397

11.4.2　模糊控制器的仿真设计 398

11.4.3 系统Simulink模型的建立与仿真分析 408

本章小结 411

习题 411

附录　MATLAB常用命令 413

A．常用命令 413

B．常用函数命令 414

C．矩阵函数 418

D．图形函数 419

E．工具箱函数 421

参考文献 427