第1章 概述 1
1.1 控制系统CAD的发展概况 1
1.2 系统、模型与仿真 2
1.2.1 系统 2
1.2.2 模型 3
1.2.3 仿真 3
1.3 控制理论与控制系统CAD 4
习题1 5
第2章 MATLAB与Simulink简介 6
2.1 MATLAB的基础知识 6
2.1.1 MATLAB语言系统 6
2.1.2 MATLAB的运算 11
2.1.3 MATLAB的绘图 19
2.1.4 MATLAB循环与转移控制 23
2.2 MATLAB的控制系统工具箱函数 26
2.2.1 模型建立函数 26
2.2.2 模型转换及参数获取函数 31
2.2.3 模型特性函数 35
2.2.4 时域响应函数 38
2.2.5 频域响应函数 40
2.2.6 根轨迹函数 47
2.2.7 估计器／调节器设计函数 50
2.3 仿真工具Simulink简介 53
2.3.1 Simulink界面 53
2.3.2 控制系统动态结构图模型建立 59
2.3.3 利用Simulink进行数字仿真 64
习题2 77
第3章 控制系统的数学模型 79
3.1 系统建模的方法 79
3.1.1 解析法建立数学模型 79
3.1.2 实验法建立数学模型 79
3.2 数学模型的几种形式及模型间的转换 80
3.2.1 数学模型的形式 80
3.2.2 模型之间的转换 81
3.3 复杂模型的处理方法 86
3.3.1 Simulink建模方法 86
3.3.2 非线性系统的线性化 86
习题3 89
第4章 控制系统的特性分析 91
4.1 稳定性分析 91
4.1.1 直接求根判定系统稳定性 91
4.1.2 绘制系统零点、极点图判定稳定性 93
4.1.3 Lyapunov稳定性判据 94
4.2 能控能观性分析 95
4.2.1 能控能观性判定 95
4.2.2 能控性和能观性的对偶关系 98
4.2.3 系统的结构分解 98
4.2.4 状态空间表达式的能控标准型和能观标准型 101
4.2.5 能控性和能观性与传递函数之间的关系 105
习题4 106
第5章 控制系统的时域分析 107
5.1 控制系统时域响应解的表达 107
5.1.1 线性系统的数学模型 107
5.1.2 线性定常系统时域响应解 108
5.1.3 非线性系统时域响应 111
5.2 阶跃响应分析 111
5.2.1 暂态响应性能指标 112
5.2.2 稳态响应性能指标 112
5.2.3 基于MATLAB的时域特性分析 113
5.3 脉冲响应分析 117
5.3.1 基于MATLAB的脉冲响应分析 117
5.3.2 MATLAB中的图形工具LTI Viewer 120
5.4 二阶系统分析 123
5.4.1 二阶系统的单位阶跃响应 123
5.4.2 二阶系统的单位脉冲响应 126
5.5 迟后系统的时域响应分析 128
5.5.1 迟后系统的近似时域分析 128
5.5.2 利用Simulink对迟后系统进行时域分析 131
习题5 131
第6章 复频域分析 133
6.1 根轨迹分析 133
6.1.1 根轨迹的定义 133
6.1.2 连续系统的根轨迹 134
6.1.3 离散系统和时间延迟系统的根轨迹 137
6.1.4 控制系统的性能分析 139
6.2 频域分析与奈氏图 142
6.2.1 频率特性的概念及表示方法 142
6.2.2 连续系统的奈氏图 143
6.2.3 离散系统的奈氏图 146
6.2.4 基于MATLAB的奈氏图分析 148
6.3 Bode图分析 152
6.3.1 连续系统的Bode图 152
6.3.2 基于MATLAB的动态性能分析 155
6.3.3 复杂系统的Bode图 157
6.3.4 离散系统的Bode图 158
6.3.5 最小相位系统与非最小相位系统 158
6.4 Nichols图分析 159
6.4.1 基于MATLAB Nichols图的分析 159
6.4.2 基于MATLAB Nichols图的设计 163
6.5 闭环频域响应特性 167
6.5.1 闭环频域响应的性能指标 167
6.5.2 控制系统的闭环频域响应 167
6.5.3 基于MATLAB的闭环系统性能分析 169
习题6 173
第7章 控制系统设计方法 175
7.1 串联校正 175
7.1.1 相位超前校正 175
7.1.2 相位滞后校正 179
7.1.3 相位超前滞后校正 183
7.2 反馈校正 186
7.3 PID控制器设计 189
7.3.1 PID控制器的控制特性 189
7.3.2 PID控制器的参数整定 194
7.3.3 PID控制器参数的智能整定（参数优化方法） 200
7.4 状态反馈与极点配置 200
7.4.1 状态反馈 200
7.4.2 极点配置控制器设计 201
7.5 状态观测器与基于观测器的极点配置 206
7.5.1 全阶状态观测器 206
7.5.2 最小阶状态观测器 208
7.6 线性二次型最优控制 212
7.6.1 线性二次型最优控制策略 212
7.6.2 线性二次型调节器问题 214
习题7 218
附录 220
附录A MATLAB常用命令函数参考 220
附录B MATLAB工具箱函数参考 229
参考文献 245