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第1章 绪论1

1.1 控制系统仿真的基本概念1

1.1.1 仿真的基本概念1

1.1.2 计算机仿真的分类1

1.1.3 控制系统仿真2

1.2 控制系统仿真研究的步骤2

1.3 控制系统仿真的应用和发展4

1.3.1 控制系统仿真的应用4

1.3.2 控制系统仿真的发展4

1.4 MATLAB/Simulink简介5

1.4.1 MATLAB简介5

1.4.2 Simulink简介6

1.5 本章小结7

第2章 MATLAB语言基础8

2.1 MATLAB的编程环境9

2.1.1 MATLAB启动和退出9

2.1.2 MATLAB的命令窗口10

2.1.3 MATLAB的工作空间10

2.1.4 当前目录窗口11

2.1.5 命令历史窗口11

2.1.6 MATLAB文件管理11

2.1.7 MATLAB帮助使用12

2.1.8 数据交换系统13

2.2 MATLAB基础知识14

2.2.1 变量与常量14

2.2.2 数字变量的运算及显示格式14

2.2.3 字符串15

2.3 矩阵运算16

2.3.1 矩阵生成16

2.3.2 矩阵基本操作17

2.3.3 矩阵运算19

2.4 数组运算22

2.4.1 基本数学运算22

2.4.2 关系运算22

2.4.3 逻辑运算23

2.4.4 基本初等函数24

2.5 符号运算25

2.6 矩阵函数25

2.6.1 三角分解法25

2.6.2 正交分解法26

2.6.3 奇异值分解法27

2.6.4 特征值分解法27

2.6.5 矩阵的秩28

2.6.6 多项式28

2.7 MATLAB常用绘图命令32

2.7.1 二维图形的绘制32

2.7.2 三维图形40

2.7.3 图形的输出44

2.8 MATLAB程序设计44

2.8.1 M文件编辑器44

2.8.2 MATLAB程序类型46

2.8.3 函数变量及变量作用域49

2.8.4 子函数与私有函数50

2.8.5 交互式输入50

2.8.6 MATLAB程序流程控制51

2.9 本章小结55

习题55

第3章 Simulink仿真工具57

3.1 运行Simulink演示程序57

3.2 Simulink模型的建立58

3.2.1 Simulink模型窗口58

3.2.2 Simulink模块库简介59

3.2.3 Simulink模块的操作66

3.2.4 模块的连接67

3.2.5 模块的参数修改68

3.2.6 Simulink模块的联机帮助系统69

3.2.7 Simulink模型的输出与打印69

3.2.8 Simulink模型举例70

3.3 Simulink的仿真方法71

3.3.1 仿真过程的设置71

3.3.2 系统仿真76

3.3.3 模糊控制系统的仿真78

3.4 S-函数82

3.4.1 S-函数的工作方式82

3.4.2 用MATLAB语言编写S-函数84

3.4.3 用C语言编写S-函数89

3.5 本章小结94

习题94

第4章 控制系统数学模型95

4.1 动态过程微分方程描述95

4.2 动态过程的传递函数描述96

4.2.1 传递函数定义与性质96

4.2.2 传递函数零极点表示98

4.2.3 传递函数的部分分式表示101

4.2.4 典型环节的传递函数及其时域响应102

4.2.5 高阶系统的时域分析106

4.3 动态过程状态空间描述106

4.4 系统模型转换及连接109

4.4.1 模型转换109

4.4.2 模型连接112

4.5 本章小结115

习题115

第5章 控制系统分析117

5.1 时域分析117

5.1.1 典型输入信号117

5.1.2 动态性能指标119

5.1.3 线性系统时域响应120

5.1.4 时域分析相关的MATLAB函数122

5.1.5 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用123

5.2 稳定性分析127

5.2.1 稳定性基本概念127

5.2.2 稳定性判据128

5.2.3 稳态误差计算128

5.2.4 MATLAB在稳定性分析中的应用131

5.3 根轨迹分析137

5.3.1 幅值条件和相角条件137

5.3.2 绘制根轨迹的一般法则138

5.3.3 广义根轨迹139

5.3.4 根轨迹分析相关的MATLAB函数139

5.3.5 MATLAB在绘制根轨迹图中的应用140

5.4 频域分析144

5.4.1 频率特性144

5.4.2 典型环节频率响应分析146

5.4.3 闭环频率响应分析151

5.4.4 稳定性分析152

5.4.5 频域分析相关的MATLAB函数154

5.4.6 MATLAB在绘制频率特性中的应用155

5.5 线性系统的状态可控性与状态可观性分析163

5.5.1 状态可控性164

5.5.2 状态可观性165

5.5.3 MATLAB在状态可控性和可观性分析中的应用166

5.6 李雅普诺夫稳定性分析170

5.6.1 李雅普诺夫第一法170

5.6.2 李雅普诺夫第二法171

5.6.3 利用MATLAB进行系统稳定性分析174

5.7 本章小结177

习题177

第6章 控制器设计178

6.1 PID控制器设计178

6.1.1 PID控制器概述178

6.1.2 比例控制器178

6.1.3 积分控制器180

6.1.4 比例积分控制器180

6.1.5 比例微分控制器181

6.1.6 比例积分微分控制器183

6.2 PID控制器参数整定184

6.2.1 Ziegler-Nichols整定法184

6.2.2 临界振荡法186

6.2.3 衰减曲线法189

6.2.4 凑试法189

6.3 控制系统校正的根轨迹法190

6.3.1 基于根轨迹法的超前校正190

6.3.2 基于根轨迹法的滞后校正193

6.3.3 基于根轨迹法的超前滞后校正195

6.4 控制系统校正的频率响应法196

6.4.1 基于频率法的超前校正196

6.4.2 基于频率法的滞后校正198

6.5 状态反馈与极点配置200

6.5.1 状态反馈200

6.5.2 输出反馈201

6.5.3 极点配置202

6.6 状态观测器204

6.7 本章小结210

习题210

第7章 控制系统仿真实验212

7.1 MATLAB平台认识实验212

7.2 MATLAB绘图216

7.3 控制系统的阶跃响应219

7.4 控制系统的根轨迹作图223

7.5 直流电动机调速系统224

7.6 交流电动机调速系统226

7.7 本章小结235

参考文献236