第一章 系统模型及转换 1
1.1 系统分类 1
1.2 系统数学模型及转换 2
1.2.1 系统的时域模型 2
1.2.2 系统的传递函数模型 2
1.2.3 系统的状态空间模型 4
1.2.4 系统的零极点增益模型 5
1.2.5 系统的模型转换 6
1.2.6 系统模型参数的获取 9
1.2.7 时间延迟系统建模 10
1.2.8 模型属性设置和获取 11
1.3 系统模型的连接 13
1.3.1 模型串联 14
1.3.2 模型并联 14
1.3.3 反馈连接 15
1.3.4 系统扩展 16
1.4 状态空间模型实现 17
1.4.1 状态空间标准形式 17
1.4.2 系统能控性和能观性 23
1.4.3 系统的最小实现 25
1.4.4 模型降阶 27
习题 29
2.2.1 数值积分基本原理 31
2.2 基于数值积分的连续系统仿真 31
第二章 系统时间响应和动态仿真 31
2.1 概述 31
2.2.2 数值积分方法的选择 43
2.2.3 基于数值积分法的连续系统仿真 50
2.2.4 数值积分方法的 MATLAB 函数 51
2.3 离散时间系统仿真 56
2.4 基于离散相似法的连续系统仿真 57
2.4.1 连续系统离散化基本方法 57
2.4.2 离散化模型精度 62
2.4.3 系统离散化和连续化函数 65
2.4.4 系统仿真的 MATLAB 函数 67
2.5 系统非线性环节的仿真 71
2.5.1 饱和环节 71
2.5.2 死区环节 72
2.5.3 齿隙非线性环节 73
2.5.4 继电非线性环节 74
2.5.5 具有滞环的继电环节 76
2.5.6 库仑-粘性摩擦力环节 77
2.6 采样控制系统仿真 78
2.6.1 采样控制系统的基本组成 78
2.6.4 采样控制系统仿真方法 79
2.6.2 采样控制系统仿真特点 79
2.6.3 仿真步长和采样周期 79
2.7 Simulink 动态仿真 86
2.7.1 启动 Simulink 87
2.7.2 系统 Simulink 模型的建立 89
2.7.3 系统仿真运行 91
2.7.4 仿真结果的输出和保存 97
2.7.5 子系统的创建和封装 101
2.7.6 Simulink 仿真实例 108
2.7.7 非线性系统优化设计 109
习题 112
3.1.1 一般概念 115
第三章 系统频率特性 115
3.1 频率响应和频率特性 115
3.1.2 频率响应的计算 116
3.2 频率特性图示法 118
3.2.1 Nyquist 图的绘制 119
3.2.2 Bode 图的绘制 121
3.3 稳定裕度 122
3.4 系统时域频域一般性能指标的计算 124
3.4.1 系统瞬态性能指标 124
3.4.2 系统稳定性和相对稳定性 127
3.4.3 闭环系统频率特性 128
3.4.4 稳态性能计算 130
3.5 系统分析图形用户界面 133
习题 137
第四章 连续控制系统辅助设计 138
4.1 根轨迹法 138
4.1.1 根轨迹方程 138
4.1.2 根轨迹图 138
4.1.3 根轨迹的 MATLAB 实现 139
4.1.4 根轨迹设计法 141
4.2 Bode 图法 148
4.2.1 相位超前校正 149
4.2.2 相位滞后校正 154
4.2.3 相位滞后—超前校正 158
4.3 模拟 PID 控制器 163
4.3.1 PID 控制原理 163
4.3.2 PID 控制器设计 165
4.4 状态反馈的极点配置法 173
4.4.1 极点配置的一般原理 173
4.4.2 极点配置的 MATLAB 函数 174
4.4.3 基于极点配置法的系统设计 174
4.4.4 状态观测器设计 176
4.4.5 带状态观测器的闭环状态反馈系统 179
4.5.1 线性二次型调节器 182
4.5 线性二次型最优控制 182
4.5.2 线性二次型高斯最优控制 187
4.6 Riccati 方程的解 193
4.7 Lyapunov 方程的解 194
4.8 系统设计实例 196
4.8.1 直流电机转速控制 196
4.8.2 汽车悬架系统控制 206
习题 217
5.1 概述 219
5.2 频率特性和根轨迹设计法 219
第五章 离散控制系统辅助设计 219
5.2.1 频率特性 220
5.2.2 根轨迹设计 221
5.3 数字 PID 控制器 226
5.3.1 数字 PID 控制算法 226
5.3.2 数字 PID 控制器设计 230
5.3.3 改进的 PID 控制算法 234
5.4 极点配置和观测器设计 243
5.4.1 极点配置法 243
5.4.2 离散状态观测器 247
5.4.3 带状态观测器的闭环状态反馈系统 249
5.5.1 离散系统的 LQ 调节器 252
5.5 离散线性二次型最优控制 252
5.5.2 连续系统的离散 LQ 调节器 253
5.6 离散系统的线性二次型高斯最优控制问题 255
习题 256
第六章 系统辨识 258
6.1 概述 258
6.2 数据预处理 259
6.2.1 去除趋势项 259
6.2.2 数据滤波 259
6.2.3 系统辨识信号的产生 260
6.2.4 信号重新采样 262
6.3.2 系统脉冲响应估计 264
6.3 系统非参数模型估计 264
6.3.1 概述 264
6.3.3 实验传递函数估计 265
6.4 系统参数模型估计 268
6.4.1 概述 268
6.4.2 系统的差分方程模型估计 270
6.4.3 系统状态方程模型估计 276
6.5 模型的验证 278
6.5.1 模型验证函数 278
6.5.2 模型仿真函数 279
6.6 模型结构的选择 282
6.7.1 概述 286
6.7 递推参数模型估计 286
6.7.2 参数模型估计函数 287
6.8 系统辨识图形用户界面 293
第七章 智能控制系统 298
7.1 概述 298
7.2 神经网络控制 299
7.2.1 概述 299
7.2.2 BP 神经网络的 MATLAB 实现 300
7.2.3 BP 神经网络应用举例 305
7.3 模糊控制 313
7.3.1 模糊控制器设计原理 313
7.3.2 模糊逻辑控制器设计 315
7.3.3 模糊逻辑控制器设计举例 318
7.4 神经网络模糊控制 320
7.4.1 基于神经网络的模糊控制 320
7.4.2 模糊神经功能单元 321
第八章 MATLAB 程序设计基础 325
8.1 MATLAB 入门 325
8.1.1 MATLAB 6启动 325
8.1.2 MATLAB 6的通用操作界面 325
8.1.3 命令窗口操作简介 326
8.1.4 帮助命令 327
8.2.1 基本概念 328
8.2 数据表示及基本运算 328
8.2.2 数组运算和矩阵运算 330
8.2.3 多项式 333
8.3 绘图命令 335
8.3.1 基本图形命令 335
8.3.2 二维绘图的基本用法 335
8.4 MATLAB 程序设计基础 337
8.4.1 程序编辑与执行程序 337
8.4.2 程序控制语句 339
8.4.3 其他常用指令 341
8.4.6 路径设置 342
8.4.5 基本数学函数 342
8.4.4 设置输出格式 342
8.4.7 MATLAB 与其他语言交互调用 343
8.5 NOTEBOOK 基础知识 343
8.5.1 NOTEBOOK 的安装 344
8.5.2 NOTEBOOK 的启动及初始化 344
8.5.3 M-book 的使用 344
附录一 MATLAB 主要函数 346
附录二 控制工具箱函数 359
附录三 SIMULINK 库模块 365
附录四 系统辨识工具箱函数 371
参考文献 376