控制系統CAD——基於MATLAB語言

本書以MATLAB為工具，系統地闡述了控制系統CAD的有關概念，概括了控制系統分析與設計中的主要內容。全書共分7章，第1～2章從應用角度介紹了MATLAB語言的基礎知識和控制系統工具箱函數以及仿真工具Simulink的使用方法；第3～6章按照控制理論體系，依次講述瞭如何利用MATLAB和Simulink進行控制系統的模型建立、特性分析、時域響應分析和複頻域分析等；第7章介紹了控制系統的頻域設計法和狀態空間設計法、系統仿真以及結果分析等。 ^[1] 

第2版前言

第1版前言

第1章概述1

1 1控制系統CAD的發展概況1

1 2系統、模型與仿真2

1 2 1系統2

1 2 2模型3

1 2 3仿真3

1 3控制理論與控制系統CAD4

習題15

第2章MATLAB與Simulink簡介6

2 1MATLAB的基礎知識6

2 1 1MATLAB語言系統6

2 1 2MATLAB的運算11

2 1 3MATLAB的繪圖19

2 1 4MATLAB循環與轉移控制23

2 2MATLAB的控制系統工具箱函數26

2 2 1模型建立函數26

2 2 2模型轉換及參數獲取函數31

2 2 3模型特性函數35

2 2 4時域響應函數38

2 2 5頻域響應函數40

2 2 6根軌跡函數47

2 2 7估計器/調節器設計函數50

2 3仿真工具Simulink簡介53

2 3 1Simulink界面53

2 3 2控制系統動態結構圖模型建立59

2 3 3利用Simulink進行數字仿真64

習題277

第3章控制系統的數學模型79

3 1系統建模的方法79

3 1 1解析法建立數學模型79

3 1 2實驗法建立數學模型79

3 2數學模型的幾種形式及模型間的

轉換80

3 2 1數學模型的形式80

3 2 2模型之間的轉換81

3 3複雜模型的處理方法86

3 3 1Simulink建模方法86

3 3 2非線性系統的線性化86

習題389

第4章控制系統的特性分析91

4 1穩定性分析91

4 1 1直接求根判定系統穩定性91

4 1 2繪製系統零點、極點圖判定

穩定性93

4 1 3Lyapunov穩定性判據94

4 2能控能觀性分析95

4 2 1能控能觀性判定95

4 2 2能控性和能觀性的對偶關係98

4 2 3系統的結構分解98

4 2 4狀態空間表達式的能控標準型

和能觀標準型101

4 2 5能控性和能觀性與傳遞函數

之間的關係105

習題4106

第5章控制系統的時域分析107

5 1控制系統時域響應解的表達107

5 1 1線性系統的數學模型107

5 1 2線性定常系統時域響應解108

5 1 3非線性系統時域響應111

5 2階躍響應分析111

5 2 1暫態響應性能指標112

5 2 2穩態響應性能指標112

5 2 3基於MATLAB的時域特性

分析113

5 3脈衝響應分析117

5 3 1基於MATLAB的脈衝

響應分析117

5 3 2MATLAB中的圖形工具

LTI Viewer120

5 4二階系統分析123

5 4 1二階系統的單位階躍響應123

5 4 2二階系統的單位脈衝響應126

5 5遲後系統的時域響應分析128

5 5 1遲後系統的近似時域分析128

5 5 2利用Simulink對遲後系統進行

時域分析131

習題5131

第6章複頻域分析133

6 1根軌跡分析133

6 1 1根軌跡的定義133

6 1 2連續系統的根軌跡134

6 1 3離散系統和時間延遲系統的根

軌跡137

6 1 4控制系統的性能分析139

6 2頻域分析與奈氏圖142

6 2 1頻率特性的概念及表示方法142

6 2 2連續系統的奈氏圖143

6 2 3離散系統的奈氏圖146

6 2 4基於MATLAB的奈氏圖分析148

6 3Bode圖分析152

6 3 1連續系統的Bode圖152

6 3 2基於MATLAB的動態性能

分析155

6 3 3複雜系統的Bode圖157

6 3 4離散系統的Bode圖158

6 3 5最小相位系統與非最小相位

系統158

6 4Nichols圖分析159

6 4 1基於MATLAB Nichols圖的

分析159

6 4 2基於MATLAB Nichols圖的

設計163

6 5閉環頻域響應特性167

6 5 1閉環頻域響應的性能指標167

6 5 2控制系統的閉環頻域響應167

6 5 3基於MATLAB的閉環系統性能

分析169

習題6173

第7章控制系統設計方法175

7 1串聯校正175

7 1 1相位超前校正175

7 1 2相位滯後校正179

7 1 3相位超前滯後校正183

7 2反饋校正186

7 3PID控制器設計189

7 3 1PID控制器的控制特性189

7 3 2PID控制器的參數整定194

7 3 3PID控制器參數的智能整定

（參數優化方法）200

7 4狀態反饋與極點配置200

7 4 1狀態反饋200

7 4 2極點配置控制器設計201

7 5狀態觀測器與基於觀測器的極點

配置206

7 5 1全階狀態觀測器206

7 5 2最小階狀態觀測器208

7 6線性二次型最優控制212

7 6 1線性二次型最優控制策略212

7 6 2線性二次型調節器問題214

習題7218

附錄220

附錄AMATLAB常用命令函數參考220

附錄BMATLAB工具箱函數參考229

參考文獻245