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1绪论1

1.1自动控制的任务及基本方式1

1.1.1自动控制的任务1

1.1.2自动控制的基本方式2

1.2计算机仿真概述2

1.2.1系统仿真的概念和仿真过程2

1.2.2仿真技术的发展趋势3

1.2.3计算机仿真软件及仿真分类3

1.3计算机仿真的特点及其应用4

1.3.1计算机仿真的特点4

1.3.2计算机仿真的应用4

本章小结5

习题5

2控制系统的数学模型6

2.1数学模型概述6

2.1.1数学模型的含义6

2.1.2数学模型的分类6

2.1.3数学模型的建立方法6

2.2几种常用的数学模型7

2.2.1微分方程7

2.2.2传递函数8

2.2.3状态空间描述9

2.2.4零极点增益模型10

2.3数学模型的相互转换10

2.4 MATLAB常用的建立模型以及转换模型函数12

2.4.1 MATLAB建立模型的函数12

2.4.2系统的组合和连接14

2.4.3模型的转换15

本章小结17

习题17

3控制系统的基本原理和分析方法18

3.1典型输入信号及其响应18

3.2时域分析法19

3.2.1一阶系统的时域响应19

3.2.2二阶系统的时域响应22

3.2.3控制系统的稳定性分析23

3.2.4控制系统的稳态误差分析24

3.3频率分析法25

3.3.1频率特性的概念25

3.3.2典型环节的频率特性25

3.3.3系统开环频率特性的绘制26

3.3.4系统性能的分析和计算26

3.4基于MATLAB的控制系统分析27

3.4.1线性系统的时域分析27

3.4.2频域分析34

3.4.3线性系统的性能分析36

3.4.4离散系统的分析38

本章小结39

习题40

4控制系统计算机仿真算法分析41

4.1数值积分法41

4.1.1欧拉（Euler）法41

4.1.2梯形法44

4.1.3龙格-库塔（Runge-Kutta）法45

4.2常用求解微分方程的MATLAB命令及其算法比较46

4.3数值积分公式的应用46

4.4仿真精度与系统稳定性48

4.5快速仿真算法48

4.5.1时域矩阵法48

4.5.2增广矩阵法49

4.5.3替换法50

4.5.4根匹配法51

4.5.5离散相似法52

本章小结54

习题54

5控制系统数字仿真的实现56

5.1控制系统的结构及拓扑描述56

5.2面向系统结构图的数字仿真57

5.2.1典型闭环控制系统数字仿真57

5.2.2复杂连接的闭环系统数字仿真60

5.3线性系统仿真62

5.3.1线性系统的数值积分法仿真62

5.3.2线性系统的离散相似法仿真63

5.4非线性系统仿真63

5.4.1典型非线性特性64

5.4.2非线性系统的仿真过程及应用65

5.5采样系统仿真66

5.5.1采样控制系统的算法描述66

5.5.2计算机控制系统的数字仿真67

5.6控制系统数字仿真实例68

本章小结72

习题72

6经典控制系统的设计方法与仿真实现73

6.1系统校正方法与实现73

6.1.1超前校正73

6.1.2滞后校正74

6.1.3滞后-超前校正75

6.1.4反馈校正77

6.2基于仿真技术的随动系统校正课程设计79

6.2.1目的79

6.2.2实验原理及内容79

6.2.3实验仪器82

6.2.4实验过程82

本章小结85

习题86

7现代控制系统分析方法与仿真实现87

7.1控制系统的状态空间描述87

7.1.1状态空间的基本概念87

7.1.2线性定常连续系统状态空间表达式的建立90

7.2线性定常系统的能控性和能观性95

7.2.1能控性问题95

7.2.2能观性问题97

7.2.3能控标准型和能观标准型97

7.3线性定常系统的极点配置99

7.3.1状态反馈与极点配置99

7.3.2输出反馈与极点配置101

7.4李雅普诺夫稳定性分析103

7.5应用MATLAB进行状态方程分析求解106

本章小结108

习题109

8控制系统计算机仿真工具113

8.1引言113

8.2 MATLAB的安装及使用113

8.2.1 MATLAB的安装113

8.2.2 MATLAB的基本用法114

8.3 MATLAB中的图形118

8.3.1二维作图118

8.3.2多重线118

8.3.3子图119

8.4 MATLAB编程119

8.4.1 M文件119

8.4.2命令文件119

8.4.3函数文件120

8.4.4解代数方程和常微分方程121

8.5 SIMULINK仿真124

8.5.1 SIMULINK的基本操作125

8.5.2系统仿真及参数设置127

8.5.3 SIMULINK仿真分析128

本章小结130

习题130

9控制系统模拟仿真演示系统设计与实现131

9.1目的131

9.2设计的主要内容131

9.3设计步骤132

本章小结137

控制系统计算机仿真实验138

一、主要实验仪器设备138

二、实验基本要求138

实验1 MATLAB使用方法和程序设计138

一、实验目的138

二、实验内容138

三、实验要求139

实验2状态空间控制模型系统仿真及状态方程求解139

一、实验目的139

二、实验内容139

三、实验要求142

实验3典型二阶系统的模拟响应143

一、实验目的143

二、实验内容143

三、实验要求146

实验4 SIMULINK仿真146

一、实验目的146

二、实验内容146

三、实验要求147

大实验147

部分习题参考答案151

参考文献155