控制系統仿真

本書從工程應用角度出發，為控制系統的分析、設計和綜合研究提供了先進的技術手段。本書從MATLAB/Simulink基礎知識、控制系統數學模型、控制系統分析、控制器設計、控制系統仿真實驗指導等幾個方面講述了運用MATLAB進行控制系統分析和設計的方法。全書共分7章，包括控制系統仿真的基本概念與步驟、MATLAB語言基礎、Simulink仿真工具、控制系統數學模型、控制系統時域分析、頻域分析、穩定性分析、根軌跡分析法、線性系統的的狀態可控性與狀態可觀性分析、李雅普諾夫穩定性分析、控制器設計、控制系統仿真實驗等內容。各章通過具體的應用實例和習題幫助讀者理解和掌握自動控制原理、現代控制理論以及MATLAB/Simulink相關功能和工具的使用。本書各章節之間的內容既相互聯繫又相對獨立，讀者可根據需要進行選擇性閲讀。本書可作為控制工程、自動化、機電、測控技術等專業高等院校學生和研究生的教學參考用書，也可供控制工程、自動化、電子信息及其相關領域的工程技術和研究人員作參考用書。

出版説明

前言

第1章 緒論

1.1 控制系統仿真的基本概念

1.1.1 仿真的基本概念

1.1.2 計算機仿真的分類

1.1.3 控制系統仿真

1.2 控制系統仿真研究的步驟

1.3 控制系統仿真的應用和發展

1.3.1 控制系統仿真的應用

1.3.2 控制系統仿真的發展

1.4 MATLAB/Simulink簡介

1.4.1 MATLAB簡介

1.4.2 Simulink簡介

1.5 本章小結

第2章 MATLAB語言基礎

2.1 MATLAB的編程環境

2.1.1 MATLAB啓動和退出

2.1.2 MATLAB的命令窗口

2.1.3 MATLAB的工作空間

2.1.4 當前目錄窗口

2.1.5 命令歷史窗口

2.1.6 MATLAB文件管理

2.1.7 MATLAB幫助使用

2.1.8 數據交換系統

2.2 MATLAB基礎知識

2.2.1 變量與常量

2.2.2 數字變量的運算及顯示格式

2.2.3 字符串

2.3 矩陣運算

2.3.1 矩陣生成

2.3.2 矩陣基本操作

2.3.3 矩陣運算

2.4 數組運算

2.4.1 基本數學運算

2.4.2 關係運算

2.4.3 邏輯運算

2.4.4 基本初等函數

2.5 符號運算

2.6 矩陣函數

2.6.1 三角分解法

2.6.2 正交分解法

2.6.3 奇異值分解法

2.6.4 特徵值分解法

2.6.5 矩陣的秩

2.6.6 多項式

2.7 MATLAB常用繪圖命令

2.7.1 二維圖形的繪製

2.7.2 三維圖形

2.7.3 圖形的輸出

2.8 MATLAB程序設計

2.8.1 M文件編輯器

2.8.2 MATLAB程序類型

2.8.3 函數變量及變量作用域

2.8.4 子函數與私有函數

2.8.5 交互式輸入

2.8.6 MATLAB程序流程控制

2.9 本章小結

習題

第3章 Simulink仿真工具

3.1 運行Simulink演示程序

3.2 Simulink模型的建立

3.2.1 Simulink模型窗口

3.2.2 Simulink模塊庫簡介

3.2.3 Simulink模塊的操作

3.2.4 模塊的連接

3.2.5 模塊的參數修改

3.2.6 Simulink模塊的聯機幫助系統

3.2.7 Simulink模型的輸出與打印

3.2.8 Simulink模型舉例

3.3 Simulink的仿真方法

3.3.1 仿真過程的設置

3.3.2 系統仿真

3.3.3 模糊控制系統的仿真

3.4 S-函數

3.4.1 S-函數的工作方式

3.4.2 用MATLAB語言編寫S-函數

3.4.3 用C語言編寫S-函數

3.5 本章小結

習題

第4章 控制系統數學模型

4.1 動態過程微分方程描述

4.2 動態過程的傳遞函數描述

4.2.1 傳遞函數定義與性質

4.2.2 傳遞函數零極點表示 ^[1] 

4.2.3 傳遞函數的部分分式表示

4.2.4 典型環節的傳遞函數及其時域響應

4.2.5 高階系統的時域分析

4.3 動態過程狀態空間描述

4.4 系統模型轉換及連接

4.4.1 模型轉換

4.4.2 模型連接

4.5 本章小結

習題

第5章 控制系統分析

5.1 時域分析

5.1.1 典型輸入信號

5.1.2 動態性能指標

5.1.3 線性系統時域響應

5.1.4 時域分析相關的MATLAB函數

5.1.5 MATLAB/Simulink在時域分析中的應用

5.2 穩定性分析

5.2.1 穩定性基本概念

5.2.2 穩定性判據

5.2.3 穩態誤差計算

5.2.4 MATLAB在穩定性分析中的應用

5.3 根軌跡分析

5.3.1 幅值條件和相角條件

5.3.2 繪製根軌跡的一般法則

5.3.3 廣義根軌跡

5.3.4 根軌跡分析相關的MATLAB函數

5.3.5 MATLAB在繪製根軌跡圖中的應用

5.4 頻域分析

5.4.1 頻率特性

5.4.2 典型環節頻率響應分析

5.4.3 閉環頻率響應分析

5.4.4 穩定性分析

5.4.5 頻域分析相關的MATLAB函數

5.4.6 MATLAB在繪製頻率特性中的應用

5.5 線性系統的狀態可控性與狀態可觀性分析

5.5.1 狀態可控性

5.5.2 狀態可觀性

5.5.3 MATLAB在狀態可控性和可觀性分析中的應用

5.6 李雅普諾夫穩定性分析

5.6.1 李雅普諾夫法

5.6.2 李雅普諾夫第二法

5.6.3 利用MATLAB進行系統穩定性分析

5.7 本章小結

習題

第6章 控制器設計

6.1 PID控制器設計

6.1.1 PID控制器概述

6.1.2 比例控制器

6.1.3 積分控制器

6.1.4 比例積分控制器

6.1.5 比例微分控制器

6.1.6 比例積分微分控制器

6.2 PID控制器參數整定

6.2.1 Ziegler-Nichols整定法

6.2.2 臨界振盪法

6.2.3 衰減曲線法

6.2.4 湊試法

6.3 控制系統校正的根軌跡法

6.3.1 基於根軌跡法的超前校正

6.3.2 基於根軌跡法的滯後校正

6.3.3 基於根軌跡法的超前滯後校正

6.4 控制系統校正的頻率響應法

6.4.1 基於頻率法的超前校正

6.4.2 基於頻率法的滯後校正

6.5 狀態反饋與極點配置

6.5.1 狀態反饋

6.5.2 輸出反饋

6.5.3 極點配置

6.6 狀態觀測器

6.7 本章小結

習題

第7章 控制系統仿真實驗

7.1 MATLAB平台認識實驗

7.2 MATLAB繪圖

7.3 控制系統的階躍響應

7.4 控制系統的根軌跡作圖

7.5 直流電動機調速系統

7.6 交流電動機調速系統

7.7 本章小結

參考文獻 ^[1]