MATLAB、Simulink与控制系统仿真(第4版)电子书

内容简介

第4版前言

第1章　自动控制系统与仿真概述

1.1　引言

1.2　自动控制系统基本概念

1.2.1　开环控制系统与闭环控制系统

1.2.2　闭环控制系统组成结构

1.2.3　反馈控制系统品质要求

1.3　自动控制系统分类

1.3.1　线性系统和非线性系统

1.3.2　离散系统和连续系统

1.3.3　恒值系统和随动系统

1.4　控制系统仿真基本概念

1.4.1　计算机仿真基本概念

1.4.2　控制系统仿真

1.4.3　控制系统计算机仿真基本过程

1.4.4　计算机仿真技术发展趋势

1.5　MATLAB/Simulink下的控制系统仿真

1.5.1　MATLAB适合控制系统仿真的特点

1.5.2　Simulink适合控制系统仿真的特点

1.6　MATLAB中控制相关的工具箱

1.7　Python中控制系统相关的包

1.7.1　Python与MATLAB对比

1.7.2　Python的控制系统包

第2章　MATLAB计算基础

2.1　引言

2.2　MATLAB概述

2.2.1　MATLAB发展历程

2.2.2　MATLAB系统构成

2.2.3　MATLAB 常用工具箱

2.3　MATLAB桌面操作环境

2.3.1　MATLAB启动和退出

2.3.2　MATLAB命令行窗口

2.3.3　MATLAB工作区

2.3.4　MATLAB文件管理

2.3.5　MATLAB帮助使用

2.4　MATLAB数值计算

2.4.1　MATLAB数值类型

2.4.2　矩阵运算

2.5　关系运算和逻辑运算

2.6　符号运算

2.6.1　符号运算基础

2.6.2　控制系统中常用的符号运算

2.7　复数和复变函数运算

2.7.1　复数运算基础

2.7.2　拉普拉斯变换及反变换

2.7.3　Z变换及其反变换

2.8　MATLAB常用绘图命令

2.9　MATLAB程序设计

2.9.1　MATLAB程序类型

2.9.2　MATLAB程序流程控制

2.9.3　MATLAB程序基本设计原则

第3章　Simulink仿真

3.1　引言

3.2　Simulink仿真概述

3.2.1　Simulink的启动与退出

3.2.2　Simulink建模仿真

3.3　Simulink的模块库简介

3.3.1　Simulink模块库分类

3.3.2　控制系统仿真中常用的模块

3.3.3　控制系统仿真中常用的Blockset

3.4　Simulink功能模块的处理

3.4.1　Simulink模块参数设置

3.4.2　Simulink模块的基本操作

3.4.3　Simulink模块间的连线处理

3.5　Simulink仿真设置

3.5.1　仿真器参数设置

3.5.2　工作空间数据导入/导出设置

3.6　Simulink仿真举例

3.7　Simulink自定义功能模块

3.7.1　自定义功能模块的创建

3.7.2　自定义功能模块的封装

3.8　S函数设计与应用

3.8.1　S函数设计模板

3.8.2　S函数设计举例

第4章　控制系统数学模型

4.1　引言

4.2　动态过程微分方程描述

4.3　拉氏变换与控制系统模型

4.4　数学模型描述

4.4.1　传递函数模型

4.4.2　零极点形式的数学模型

4.4.3　状态空间模型

4.5　MATLAB/Simulink在模型中的应用

4.5.1　多项式处理相关的函数

4.5.2　建立传递函数相关的函数

4.5.3　建立零极点形式的数学模型相关函数

4.5.4　建立状态空间模型相关的函数

4.5.5　Simulink中的控制系统模型表示

4.5.6　Simulink中模型与状态空间模型的转化

4.5.7　应用实例

4.6　系统模型转换及连接

4.6.1　模型转换

4.6.2　模型连接

4.6.3　模型连接的MATLAB实现

4.7　非线性数学模型的线性化

4.8　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第5章　时域分析法

5.1　引言

5.2　时域响应分析

5.2.1　典型输入

5.2.2　线性系统时域响应一般求法

5.2.3　时域响应性能指标

5.2.4　一阶和二阶系统的时域响应

5.2.5　高阶系统的时域分析

5.3　MATLAB/Simulink在时域分析中的应用

5.3.1　时域分析中MATLAB函数的应用

5.3.2　时域响应性能指标求取

5.3.3　二阶系统参数对时域响应性能的影响

5.3.4　改善系统时域响应性能的一些措施

5.3.5　LTI Viewer应用

5.4　稳定性分析

5.4.1　稳定性基本概念

5.4.2　稳定性判据

5.4.3　稳态误差分析

5.4.4　MATLAB在稳定性分析中的应用

5.5　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第6章　根轨迹分析法

6.1　引言

6.2　根轨迹定义

6.3　根轨迹法基础

6.3.1　幅值条件和相角条件

6.3.2　绘制根轨迹的一般法则

6.3.3　与根轨迹分析相关的MATLAB函数

6.3.4　根轨迹分析与设计工具rltool

6.3.5　利用MATLAB绘制根轨迹图举例

6.4　其他形式的根轨迹

6.4.1　正反馈系统的根轨迹

6.4.2　参数根轨迹

6.4.3　时滞系统的根轨迹

6.4.4　利用MATLAB绘制其他形式的根轨迹举例

6.5　用根轨迹法分析系统的暂态特性

6.6　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第7章　频域分析法

7.1　引言

7.2　频率特性基本概念

7.2.1　频率特性定义

7.2.2　频域分析法的特点

7.2.3　频域性能指标

7.3　频率特性的表示方法

7.3.1　极坐标图（Nyquist图）

7.3.2　对数坐标图（Bode图）

7.3.3　对数幅相图（Nichols图）

7.3.4　典型环节的频率特性

7.4　系统开环频率特性作图

7.4.1　开环对数频率特性作图

7.4.2　开环极坐标作图

7.5　频率响应分析

7.5.1　开环频率特性的性能分析

7.5.2　闭环频率特性的性能分析

7.6　MATLAB在频率法中的应用

7.6.1　求取和绘制频率响应曲线相关的函数

7.6.2　应用实例

7.7　频率法的稳定性分析

7.7.1　Nyquist稳定判据

7.7.2　稳定裕度

7.7.3　MATLAB在稳定性分析中的应用

7.8　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第8章　控制系统校正与综合

8.1　引言

8.2　控制系统校正与综合基础

8.2.1　控制系统性能指标

8.2.2　控制系统校正概述

8.3　PID控制器设计及MATLAB/Simulink应用

8.3.1　PID控制器概述

8.3.2　比例（P）控制

8.3.3　比例微分（PD）控制

8.3.4　积分（I）控制

8.3.5　比例积分（PI）控制

8.3.6　比例积分微分（PID）控制

8.3.7　PID控制器参数整定

8.4　控制系统校正的根轨迹法

8.4.1　基于根轨迹法的超前校正

8.4.2　基于根轨迹法的滞后校正

8.4.3　基于根轨迹法的超前滞后校正

8.4.4　MATLAB/Simulink在根轨迹法校正中的应用

8.5　控制系统校正的频率响应法

8.5.1　基于频率法的超前校正

8.5.2　基于频率法的滞后校正

8.5.3　MATLAB/Simulink在频率响应法校正中的应用

8.6　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第9章　线性系统状态空间分析

9.1　引言

9.2　线性系统状态空间基础

9.2.1　状态空间基本概念

9.2.2　状态空间实现

9.2.3　状态空间的标准型

9.2.4　状态方程求解

9.2.5　MATLAB/Simulink在线性系统状态空间描述中的应用

9.3　线性系统的状态可控性与状态可观性

9.3.1　状态可控性

9.3.2　状态可观性

9.3.3　对偶系统和对偶原理

9.3.4　可控标准型和可观标准型

9.3.5　MATLAB/Simulink在可控和可观标准型中的应用

9.4　线性系统稳定性分析

9.4.1　稳定性分析基础

9.4.2　李雅普诺夫稳定性分析

9.4.3　MATLAB/Simulink在李雅普诺夫稳定性分析中的应用

9.5　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第10章　线性系统状态空间设计

10.1　引言

10.2　状态反馈与极点配置

10.2.1　状态反馈

10.2.2　输出反馈

10.2.3　极点配置

10.2.4　MATLAB/Simulink在极点配置中的应用

10.3　状态观测器

10.3.1　状态观测器的基本概念

10.3.2　全维状态观测器

10.3.3　降维状态观测器

10.3.4　MATLAB/Simulink在状态观测器设计中的应用

10.4　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第11章　非线性系统

11.1　引言

11.2　非线性系统概述

11.2.1　非线性控制理论发展概况

11.2.2　典型非线性特性

11.2.3　Simulink中的非线性模块

11.3　相平面法

11.3.1　相平面法基础知识

11.3.2　MATLAB/Simulink在相轨迹图绘制中的应用

11.4　描述函数法

11.4.1　描述函数基本概念

11.4.2　描述函数定义

11.4.3　描述函数的计算

11.4.4　非线性系统的稳定性分析

11.5　MATLAB/Simulink在非线性系统分析中的应用

11.6　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第12章　离散控制系统

12.1　引言

12.2　离散控制系统基本概念

12.2.1　离散控制系统概述

12.2.2　离散信号的数学描述

12.3　离散控制系统的研究方法

12.3.1　线性连续与离散控制系统研究方法类比

12.3.2　MATLAB中的离散控制系统相关的函数

12.4　Z变换

12.4.1　离散信号的Z变换

12.4.2　Z变换与Z反变换常用方法

12.5　离散控制系统数学模型

12.5.1　离散系统时域数学模型

12.5.2　离散系统频域数学模型

12.6　离散控制系统性能分析

12.6.1　稳定性分析

12.6.2　静态误差分析

12.6.3　动态特性分析

12.6.4　MATLAB/Simulink在离散系统性能分析中的应用

12.7　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

第13章　最优控制系统

13.1　引言

13.2　最优控制问题的描述

13.3　线性二次型最优控制问题

13.4　MATLAB/Simulink在线性二次型最优控制中的应用

13.5　综合实例及MATLAB/Simulink应用

习　　题

参考文献