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第1章 绪论1

1.1仿真技术简介1

1.1.1仿真技术的基本概念和分类1

1.1.2计算机仿真的基本过程2

1.2计算机仿真技术的发展概况4

1.2.1硬件发展4

1.2.2软件发展4

1.3计算机仿真技术的应用5

1.4控制系统计算机仿真与辅助设计概述6

1.5基于MATLAB的控制系统仿真的现状7

1.6仿真技术的发展趋势8

1.7本书的基本结构和内容9

习题9

第2章MATLAB语言程序设计基础10

2.1 MATLAB语言简介10

2.1.1 MATLAB语言的应用10

2.1.2 MATLAB语言的发展概况10

2.2 MATLAB数值运算基础12

2.2.1 MATLAB语言的变量与常量12

2.2.2 MATLAB语言的数据结构13

2.2.3 MATLAB语言的基本语句结构14

2.2.4冒号表达式与子矩阵提取16

2.2.5方括号表达式17

2.3基本数学运算17

2.3.1数组、矩阵的概念17

2.3.2数组或矩阵的创建18

2.3.3数组或矩阵元素的定位20

2.3.4数组或矩阵的算术运算22

2.3.5数组或矩阵的关系运算和逻辑运算28

2.3.6矩阵函数29

2.3.7基本数论运算33

2.3.8多项式及其运算35

2.3.9解析结果的化简与变换38

2.4 MATLAB程序流程控制39

2.4.1顺序结构语句39

2.4.2循环结构40

2.4.3条件转移结构41

2.4.4开关结构43

2.4.5试探结构44

2.4.6 MATLAB程序设计基本规则44

2.5函数编写与调试45

2.5.1 MATLAB语言函数的基本结构46

2.5.2内联函数与匿名函数48

2.6 MATLAB二维图形绘制功能49

2.6.1二维图形绘制49

2.6.2图形注释及坐标、刻度的设置54

2.6.3其他二维图形绘制语句56

2.6.4图形修饰57

2.7三维图形表示58

2.7.1三维曲线绘制58

2.7.2三维网线和曲面绘制59

2.7.3三维图形视角设置60

2.8 MATLAB语言与现代科学运算61

2.8.1线性代数问题的MATLAB求解61

2.8.2常微分方程问题的MATLAB求解67

2.8.3数据拟合、插值和样条问题的MATLAB求解70

2.9本章小结74

习题75

第3章 线性控制系统的数学模型77

3.1线性定常系统模型77

3.1.1线性定常系统的传递函数模型77

3.1.2线性系统的零极点增益模型79

3.1.3线性系统的状态空间模型80

3.2线性离散时间系统的数学模型81

3.2.1脉冲传递函数模型81

3.2.2离散零极点增益模型82

3.2.3离散状态方程模型82

3.3线性定常系统模型的属性83

3.3.1 LTI模型对象的属性描述83

3.3.2访问LTI模型的属性85

3.4线性系统数学模型之间的相互转换86

3.4.1连续模型和离散模型的相互转换86

3.4.2系统传递函数的获取89

3.4.3 LTI对象属性之间的转换89

3.5方框图模型的连接和化简90

3.5.1控制系统的典型连接结构91

3.5.2节点移动时的等效变换93

3.5.3复杂系统模型的连接和简化94

3.6本章小结95

习题96

第4章 线性控制系统的计算机辅助分析98

4.1时域分析法98

4.1.1引言98

4.1.2时域响应分析98

4.1.3 MATLAB在时域分析中的应用99

4.1.4系统的稳定性分析104

4.1.5综合实例及MATLAB/Simulink应用107

4.2根轨迹分析法110

4.2.1引言110

4.2.2根轨迹定义111

4.2.3根轨迹法基础111

4.2.4其他形式的根轨迹112

4.2.5综合实例及MATLAB应用114

4.3频域分析法115

4.3.1引言115

4.3.2频率特性基本概念115

4.3.3频率特性的表示方法116

4.3.4频率响应分析118

4.3.5 MATLAB在频率法中的应用118

4.4线性系统状态空间分析129

4.4.1引言129

4.4.2线性系统状态空间基础130

4.4.3线性系统的状态可控性与状态可观性133

4.4.4线性系统稳定性分析138

4.4.5综合实例及MATLAB应用140

4.5本章小结143

习题143

第5章Simulink在系统仿真中的应用144

5.1 Simulink仿真概述144

5.2 Simulink的模块库简介144

5.3 Simulink功能模块的处理149

5.4 Simulink仿真设置151

5.5 Simulink仿真举例154

5.6 Simulink自定义功能模块159

5.6.1 Simulink子系统简介159

5.6.2 Simulink高级子系统应用160

5.6.3封装子系统161

5.7 S函数设计与应用167

5.7.1 S函数设计168

5.7.2 S函数的应用169

5.8本章小结171

习题171

第6章 控制系统计算机辅助设计173

6.1引言173

6.2频率法串联超前滞后校正173

6.2.1串联超前校正173

6.2.2串联滞后校正176

6.2.3串联滞后-超前校正179

6.3基于状态空间模型的控制器设计方法182

6.3.1状态反馈控制183

6.3.2极点配置控制器设计183

6.3.3线性二次型指标最优调节器185

6.3.4观测器设计及基于观测器的调节器设计188

6.4控制系统PID控制器设计法192

6.4.1 PID控制简述192

6.4.2 PID控制原理192

6.4.3 PID控制调节作用分析193

6.4.4 PID校正设计方法196

6.5仿真实例——球杆系统PD控制器设计200

6.5.1球杆系统模型分析200

6.5.2仿真分析201

6.6本章小结203

习题203

第7章 智能控制系统设计205

7.1引言205

7.2模糊控制及模糊控制器设计205

7.2.1模糊控制基本原理205

7.2.2模糊PD控制器设计206

7.3神经网络及神经网络控制器设计210

7.3.1神经网络简介210

7.3.2基于单个神经元PID控制器设计211

7.3.3基于反向传播神经网络的PID控制器213

7.4基于遗传算法的最优控制器设计215

7.4.1遗传算法基本原理215

7.4.2遗传算法求解函数最大值216

7.4.3基于遗传算法PID最优控制问题求解217

7.5本章小结219

习题219

参考文献220