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第1章 概论1

本章学习目标1

1.1 自动控制的任务及基本方式1

1.1.1 系统的含义与特性1

2.2.3 自动控制系统的传递函数 31

1.1.2 自动控制的任务3

1.1.3 自动控制的基本方式4

1.1.4 对控制系统的性能要求7

1.2 控制系统的组成及分类8

1.2.1 控制系统的组成符号及术语8

1.2.2 控制系统的分类9

1.3 计算机仿真的基本概念10

1.3.1 仿真的概念10

1.3.2 系统仿真的分类12

1.3.3 系统仿真的过程14

1.4 计算机仿真的特点及其应用15

1.4.1 计算机仿真的特点15

1.4.2 计算机仿真技术的应用16

本章小结17

思考题与习题18

第2章 控制系统的数学模型19

本章学习目标19

2.1 微分方程19

2.1.1 微分方程的建立19

2.1.2 线性微分方程的求解22

2.2.1 传递函数的概念24

2.1.3 非线性数学模型的线性化处理24

2.2 传递函数24

2.2.2 典型环节及其传递函数27

2.3 动态结构图及其等效变换32

2.3.1 结构图的组成及绘制32

2.3.2 结构图的等效变换34

2.4 状态空间描述37

2.4.1 状态变量37

2.4.2 状态方程38

2.5.1 数学模型转换的意义39

2.5.2 数学模型转换应用举例39

2.5 数学模型的相互转换39

本章小结40

思考题与习题41

第3章 控制系统的分析方法43

本章学习目标43

3.1 典型输入信号及其响应43

3.1.1 概述43

3.1.2 典型输入信号44

3.1.3 典型信号的响应46

3.2 时域分析法48

3.2.1 一阶系统的时域响应49

3.2.2 二阶系统的时域响应52

6.4 非线性系统离散相似法仿真 154

3.2.3 控制系统的稳定性分析56

6.4.2 仿真源程序设计 157

3.2.4 系统的稳态误差分析60

3.3 频域分析法64

3.3.1 频率特性的概念64

3.3.2 典型环节的频率特性65

3.3.3 系统开环频率特性70

3.3.4 系统性能的分析72

本章小结76

思考题与习题76

第4章 计算机控制技术的应用79

本章学习目标79

4.1 常用控制程序的设计79

4.1.1 常用报警程序79

4.1.2 数字滤波程序83

4.2 PID控制及其应用88

4.2.1 数字PID控制算法88

4.2.2 数字PID调节器参数的整定90

4.3 直接数字控制系统94

4.3.1 最少拍系统设计94

4.3.2 达林算法98

思考题与习题102

本章小结102

第5章 数值积分法仿真104

本章学习目标104

5.1 数值积分法104

5.1.1 概述104

5.1.2 数值积分法105

5.2 面向微分方程的仿真程序设计112

5.2.1 通用仿真程序的一般结构及工作原理112

5.2.2 仿真源程序及其特点114

5.3 面向结构图的仿真程序设计118

5.3.1 典型环节的确定及算法描述119

5.3.2 仿真程序设计122

5.4 仿真精度与系统的稳定性129

5.4.1 仿真过程的三类误差129

5.4.2 稳定性分析129

5.5 快速仿真算法131

5.5.1 时域矩阵法131

5.5.2 增广矩阵法134

5.5.3 替换法137

5.5.4 根匹配法137

本章小结140

思考题与习题141

本章学习目标143

6.1 离散相似法原理143

第6章 离散相似法仿真143

6.1.1 仿真算法描述144

6.1.2 离散模型的精度及稳定性145

6.2 典型环节的离散模型146

6.2.1 积分环节146

6.2.2 比例积分环节146

6.3.1 仿真源程序设计147

6.3 线性系统离散相似法仿真147

6.2.4 比例惯性环节147

6.2.3 惯性环节147

6.3.2 应用实例分析152

6.4.1 典型非线性特性154

6.4.3 应用实例分析162

6.5 采样系统仿真分析164

6.5.1 采样系统的算法描述164

6.5.2 采样周期与仿真步距的对应关系166

6.5.3 采样控制仿真应用167

6.5.4 仿真源程序及其解释170

6.5.5 应用分析177

本章小结179

思考题与习题179

第7章 MATLAB程序设计语言182

本章学习目标182

7.1 MATLAB简介182

7.1.1 MATLAB的产生与发展182

7.1.2 MATLAB的特点183

7.2.1 MATLAB桌面平台185

7.2 MATLAB环境185

7.2.2 MATLAB的程序编辑器188

7.2.3 MATLAB帮助系统189

7.3 MATLAB的基本应用192

7.3.1 MATLAB数值运算基础192

7.3.2 MATLAB绘图196

7.3.3 MATLAB程序设计基础200

本章小结204

思考题与习题204

8.1 SIMULINK仿真工具简介205

8.1.1 SIMULINK仿真工具概述205

第8章 SIMULINK交互式仿真环境205

本章学习目标205

8.1.2 SIMULINK启动与界面说明206

8.2 SIMULINK基本操作210

8.2.1 模型窗口210

8.2.2 模块的处理211

8.2.3 模块的连接213

8.2.4 创建系统模型图214

8.2.5 自定义模块库和子系统216

8.2.6 模型文件的保存与打开220

本章小结221

思考题与习题221

第9章 控制系统的计算机仿真应用222

本章学习目标222

9.1 控制系统的MATLAB仿真基础222

9.1.1 控制系统的模型表示222

9.1.2 环节方框图模型的化简227

9.1.3 控制系统性能分析的MATLAB实现232

9.2.1 设置SIMULINK仿真参数242

9.2 控制系统的SIMULINK仿真242

9.2.2 控制系统SIMULINK仿真245

9.3 控制系统的计算机仿真应用258

9.3.1 面向传递函数的线性系统仿真258

9.3.2 面向结构图的线性系统仿真262

9.3.3 线性系统的离散相似法仿真265

9.3.4 非线性系统离散相似法仿真268

9.3.5 采样控制系统仿真273

本章小结279

思考题与习题279

参考文献282