基於 MATLAB / Simulink 的控制系統仿真及應用

本書緊密結合教學及科研工作實踐，內容包括MATLAB/Simulink基礎知識、控制系統數學模型、時域分析法、
根軌跡分析與設計、頻域分析與設計、狀態空間分析與設計、離散控制系統、控制系統PID控制器設計、非線性系統分析等。
每章利用實例來幫助讀者理解MATLAB/Simulink在控制系統仿真中的應用。
全書內容由淺入深、圖文並茂，可作為高等院校自動化、電氣工程、
計算機應用等專業高年級本科生和研究生教學參考用書，也可供相關領域工程技術人員參考。

前言
第1章控制系統與仿真概述
1.1引言
1.2控制系統概述
1.2.1控制系統基本概念
1.2.2控制系統的控制方式
1.2.3控制系統的組成
1.2.4控制系統的分類
1.3仿真技術概述
1.3.1計算機仿真基本概況
1.3.2控制系統仿真基本概況
1.3.3控制系統仿真的發展及分類
1.4MATLAB/Simulink下的控制系統仿真
1.5本章小結
第2章MATLAB程序設計基礎
2.1引言
2.2MATLAB概述
2.2.1MATLAB的產生與發展
2.2.2MATLAB的特點
2.3MATLAB工作環境
2.3.1MATLAB的啟動與退出
2.3.2MATLAB窗口界面
2.3.3MATLAB幫助系統
2.4MATLAB語言基礎
2.4.1MATLAB語言的變量
2.4.2MATLAB語言的常量
2.4.3MATLAB語言的數據類型
2.4.4MATLAB語言的特殊運算符號
2.5MATLAB矩陣
2.5.1一般矩陣的創建
2.5.2特殊矩陣的創建
2.5.3冒號的作用
2.6基本運算
2.6.1算術運算
2.6.2關係運算
2.6.3邏輯運算
2.7程序設計
2.7.1M文件
2.7.2程序控制結構
2.8本章小結
第3章MATLAB圖形處理
3.1引言
3.2二維圖形繪製
3.2.1繪製二維曲線
3.2.2圖形修飾
3.2.3多圖形繪製
3.2.4其他二維圖形繪製
3.3三維圖形繪製
3.3.1三維曲線繪製
3.3.2三維曲面繪製
3.3.3其他三維圖形繪製
3.4隱函數圖形繪製
3.5動態圖形繪製
3.5.1創建逐幀動畫
3.5.2創建軌跡動畫
3.6本章小結
第4章Simulink仿真環境
4.1引言
4.2Simulink操作基礎
4.2.1Simulink的啟動與退出
4.2.2Simulink常用模塊庫
4.3仿真模型的建立
4.3.1模塊庫的選擇
4.3.2模塊的操作
4.3.3模塊的連接
4.3.4模塊的參數設置
4.4系統仿真實例
4.5子系統的創建與封裝
4.5.1子系統的創建
4.5.2子系統的封裝
4.6S函數設計與應用
4.6.1S函數的基本結構
4.6.2S函數設計舉例
4.7本章小結
第5章控制系統數學模型
5.1引言
5.2微分方程建立及其MATLAB描述
5.3拉氏變換及其MATLAB描述
5.4傳遞函數建立及其MATLAB描述
5.4.1多項式傳遞函數模型
5.4.2零極點傳遞函數模型
5.4.3狀態空間模型
5.4.4Simulink中的控制系統模型表示
5.5系統模型的相互轉換
5.6系統模型間的連接
5.6.1串聯結構
5.6.2並聯結構
5.6.3反饋結構
5.6.4複雜結構
5.7本章小結
第6章時域分析法
6.1引言
6.2時域分析函數及性能指標
6.2.1時域分析函數
6.2.2性能指標
6.3系統階躍響應
6.3.1標準二階系統模型及MATLAB描述
6.3.2二階系統時域分析
6.3.3二階系統特徵參數對時域響應性能的影響
6.3.4高階系統階躍響應
6.4高階系統的穩定性分析
6.4.1特徵方程的根對穩定性的影響
6.4.2系統零極點對穩定性的影響
6.4.3系統開環增益對穩定性的影響
6.5控制系統穩態誤差
6.5.1計算穩態誤差
6.5.2提高或消除穩態誤差
6.6本章小結
第7章根軌跡分析與設計
7.1引言
7.2根軌蹟的繪製與分析
7.2.1繪製常規根軌跡
7.2.2計算根軌跡增益函數
7.2.3利用根軌跡判斷分析系統的性能
7.2.4其他形式根軌跡
7.3根軌蹟的校正設計
7.3.1根軌跡串聯超前校正
7.3.2根軌跡串聯滯後校正
7.4根軌跡分析與設計工具箱
7.5本章小結
第8章頻域分析與設計
8.1引言
8.2繪製Nyquist圖
8.3繪製Bode圖
8.4繪製Nichols圖
8.5頻域法校正設計
8.5.1頻域法串聯超前校正
8.5.2頻域法串聯滯後校正
8.6本章小結
第9章狀態空間分析與設計
9.1引言
9.2線性系統的狀態空間描述
9.2.1利用MATLAB建立狀態空間模型
9.2.2利用MATLAB化簡狀態空間標準型
9.2.3利用MATLAB求解狀態方程
9.3線性系統的可控性和可觀測性
9.3.1線性系統可控性
9.3.2線性系統可觀測性
9.4基於狀態空間模型的反饋結構控制器設計
9.4.1狀態反饋
9.4.2輸出反饋
9.4.3閉環系統的狀態可控性和可觀性
9.4.4極點配置
9.4.5二次型指標優化控制器
9.5線性系統的狀態觀測器設計
9.5.1全維狀態觀測器
9.5.2降維狀態觀測器
9.6線性系統的穩定性分析
9.6.1李雅普諾夫意義下的穩定性
9.6.2李雅普諾夫第一法（間接法）
9.6.3李雅普諾夫第二法（直接法）
9.6.4線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析
9.7本章小結
第10章離散控制系統
10.1引言
10.2離散系統數學模型MATLAB描述
10.2.1離散系統時域數學模型MATLAB描述
10.2.2離散系統頻域數學模型MATLAB描述
10.2.3連續系統與離散系統數學模型之間的轉換
10.3離散系統Simulink模塊描述
10.4離散系統曲線繪製
10.4.1離散系統的時域響應曲線
10.4.2離散系統的根軌跡
10.4.3離散系統的頻域曲線
10.5離散系統的穩定性分析
10.6離散系統的校正
10.6.1數字控制器的設計
10.6.2採樣控制系統的少拍設計
10.7本章小結
第11章控制系統PID控制器設計
11.1引言
11.2PID控制基本原理
11.3連續系統的模擬PID控制及仿真
11.4數字PID控制及仿真
11.4.1位置式PID控制算法及仿真
11.4.2增量式PID控制算法及仿真
11.5PID參數整定
11.6本章小結
第12章非線性系統分析
12.1引言
12.2典型非線性系統特性及MATLAB實現
12.2.1不靈敏區（死區）非線性及MATLAB實現
12.2.2飽和非線性及MATLAB實現
12.2.3間隙非線性及MATLAB實現
12.3相平面法
12.3.1相平面的基礎知識
12.3.2相軌蹟的MATLAB實現
12.4描述函數法
12.4.1描述函數法的定義
12.4.2描述函數法的計算
12.4.3非線性系統的穩定性分析
12.4.4非線性系統的自振分析
12.4.5描述函數法的MATLAB實現
12.5本章小結
參考文獻