控制系統建模與模擬——基於MATLAB/Simulink的分析與實現（第2版）

控制系統建模與模擬__使用MATLAB分析與實現一書，共分為11章，書中內容從MATLAB最基本的矩陣運算開始，到APP的UI界面設計，結合了自動控制理論中的時域、頻域分析、根軌跡分析、非線性、狀態反饋設計和PID控制器設計內容，使用了二百多個案例貫穿在每個章節中。案例中內嵌程序命令、註釋、說明和運行結果，圖文並茂，使抽象的理論變得生動形象。 本書以自動控制原理為應用，通過MATLAB函數、Simulink模擬模塊，研究被控對象的穩定性和控制系統優化設計，力求解決自動化及工程應用問題。列舉了典型環節、二階系統階躍響應、時域的峰值時間、穩態時間、上升時間、超調量、穩態誤差等動態特性參數分析，穩定性判斷，頻域中的幅值裕度、相位裕度、穿越頻率、頻域法校正、根軌跡校正、狀態空間極點配置求解方法及PID參數設計等案例，一方面幫助讀者學習MATALB編程，另一方面為學習自動控制理論提供有力支持。

目錄

 

第1章MATLAB/Simulink概述

1.1MATLAB的主要功能

1.2MATLAB R2023a界面組成

1.2.1主界面

1.2.2工具欄

1.3MATLAB窗口操作

1.3.1MATLAB常用操作命令

1.3.2MATLAB常用快捷鍵

1.4Simulink簡介

1.4.1Simulink的組成結構

1.4.2Simulink模擬示例

第2章MATLAB矩陣與數組應用

2.1常量與變量的使用

2.1.1常量表示

2.1.2新建變量

2.1.3變量命名規則

2.1.4全局變量

2.1.5數據類型

2.1.6常用標點符號及功能

2.2矩陣表示

2.2.1矩陣的建立方法

2.2.2向量的建立方法

2.2.3常用特殊矩陣

2.2.4稀疏矩陣

2.2.5矩陣拆分

2.3矩陣的基本運算

2.3.1求矩陣的秩、跡和條件數

2.3.2求矩陣的逆

2.3.3求矩陣的特徵值和特徵向量

2.3.4矩陣的算術運算

2.3.5求序列數據的最大值、最小值及矩陣的排序

2.3.6求矩陣的平均值和中值

2.3.7求矩陣元素的和與積

2.3.8求元素累加和與累乘積

2.4MATLAB常用函數

2.4.1隨機函數

2.4.2數學函數

2.4.3轉換函數

2.4.4字符串操作函數

2.4.5判斷數據類型函數

2.4.6查找函數

2.4.7判斷向量函數 

2.4.8日期時間函數

2.4.9文件操作函數

2.4.10函數句柄

2.5MATLAB數組表示

2.5.1結構數組

2.5.2元胞(單元)數組

2.6數組集合運算 

2.6.1交運算

2.6.2差運算

2.6.3並運算

2.6.4異或運算

2.7多項式與算術運算

2.7.1多項式的建立與轉換

2.7.2多項式運算

2.8MATLAB符號運算

2.8.1符號變量與符號表達式

2.8.2符號運算

第3章MATLAB高等數學計算

3.1傅里葉變換與反變換

3.1.1傅里葉變換

3.1.2傅里葉反變換

3.1.3快速傅里葉變換

3.1.4快速傅里葉反變換

3.2拉普拉斯變換與反變換

3.2.1拉普拉斯變換

3.2.2拉普拉斯反變換

3.3Z變換與反變換

3.3.1Z變換

3.3.2Z反變換

3.4求極限

3.5求導數

3.5.1語法格式

3.5.2求導數案例

3.6求積分

3.6.1使用int函數求積分

3.6.2使用quadl函數求積分

3.7求零點與極值

3.7.1求零點

3.7.2求極值

3.8求方程的解

3.8.1線性方程組求解

3.8.2符號代數方程求解

3.8.3常微分方程(組)求解

3.9級數

3.9.1級數求和

3.9.2一元函數的泰勒級數展開

3.10常用繪圖功能

3.10.1二維繪圖

3.10.2三維繪圖

3.11函數插值

3.11.1一維插值

3.11.2二維插值

3.11.3三維插值

第4章自動控制系統理論基礎

4.1自動控制與控制系統

4.2控制系統的穩定性

4.2.1穩定性的描述

4.2.2穩定性的圖形表示

4.3傳遞函數模型表示

4.3.1傳遞函數的定義

4.3.2傳遞函數的性質

4.3.3傳遞函數的主要應用

4.4系統的開環和閉環傳遞函數模型

4.4.1開環傳遞函數模型

4.4.2閉環傳遞函數模型

4.5傳遞函數模型的建立方法

4.5.1傳遞函數模型的形式

4.5.2零極點傳遞函數模型

4.5.3狀態空間形式

4.5.4建立標準傳遞函數模型

4.6傳遞函數模型形式轉換 

4.6.1傳遞函數轉換函數

4.6.2傳遞函數轉換示例

第5章控制系統時域分析的MATLAB實現

5.1模型建立與化簡

5.1.1串聯結構

5.1.2並聯結構

5.1.3反饋結構

5.1.4復雜結構

5.1.5多輸入多輸出系統

5.2控制系統的瞬態響應分析

5.2.1單位脈沖響應

5.2.2單位階躍響應

5.2.3零輸入響應

5.2.4任意函數作用下系統的響應

5.3二階系統階躍響應分析

5.3.1二階系統時域動態性能指標

5.3.2使用函數獲取時域動態指標

5.4穩定性分析

5.4.1使用閉環特徵多項式的根判別穩定性

5.4.2使用零極點圖判別穩定性

5.4.3使用勞斯判據判別穩定性

5.4.4延遲環節穩定性判別

第6章控制系統頻域分析、根軌跡分析與設計的MATLAB實現

6.1頻域特性分析

6.1.1繪制Bode圖

6.1.2獲取幅值裕度和相位裕度

6.1.3繪制Nyquist圖

6.1.4繪制Nichols圖

6.1.5計算頻域參數

6.2頻域法超前和滯後校正設計方法

6.2.1超前校正設計方法 

6.2.2滯後校正設計方法

6.3根軌跡分析與校正設計

6.3.1根軌跡分析

6.3.2根軌跡校正設計

第7章PID控制器的MATLAB編程實現

7.1使用試湊法設計PID控制器

7.1.1PID控制原理

7.1.2PID試湊原則

7.1.3PID控制器參數的作用

7.1.4試湊法PID控制器設計分析

7.2工程整定法求PID控制參數

7.2.1動態特性參數法

7.2.2科恩庫恩整定法

7.2.3使用衰減曲線法整定參數

7.2.4使用臨界比例度法整定參數

7.3使用Smith預估器設計PID控制器

7.3.1Smith預估器控制的基本原理

7.3.2Smith預估器控制特點

第8章狀態空間極點配置控制系統設計的MATLAB實現

8.1極點配置與必要條件

8.1.1極點配置說明

8.1.2極點配置方法

8.1.3系統可控性及判斷方法

8.1.4狀態反饋極點配置空間變換參數

8.1.5系統可觀測性及判斷方法

8.2二次型最優控制器設計

8.2.1最優控制的基本概念

8.2.2二次型最優控制函數

8.3使用Kalman濾波器設計LQG最優控制器

8.3.1Kalman濾波器的MATLAB實現

8.3.2LQG最優控制器的MATLAB實現

第9章基於Simulink模塊的設計與模擬

9.1模擬編輯及參數設置

9.1.1創建模擬模型

9.1.2模擬模塊庫基本模塊

9.1.3模塊的參數和屬性設置

9.2二階系統模擬

9.2.1改變阻尼比的二階系統模擬分析

9.2.2改變頻率的二階系統模擬分析

9.3穩定性及穩態誤差模擬

9.3.1穩定性的模擬

9.3.2增益K對穩態誤差的影響

9.3.3積分環節個數對穩態誤差的影響

9.4串聯超前和滯後校正模擬設計

9.4.1相位超前校正

9.4.2相位滯後校正

9.5PID控制模擬

9.5.1使用試湊法整定PID參數

9.5.2使用衰減曲線法整定PID參數

9.5.3使用臨界比例度法整定PID參數

9.5.4Smith預估器控制模擬

9.6非線性相平面分析與校正設計

9.6.1二階系統的相平面分析

9.6.2非線性校正設計

9.7狀態反饋控制器模擬設計

9.7.1狀態反饋與極點配置

9.7.2狀態反饋與極點配置案例

第10章MATLAB的App界面設計

10.1圖形用戶界面開發環境

10.1.1初識App

10.1.2使用空白App界面建立應用程序

10.2App組件與屬性

10.2.1組件

10.2.2組件控制屬性

10.2.3句柄式圖形對象

10.2.4創建圖形句柄的常用函數

10.2.5以編程方式開發 App

10.3回調函數

10.3.1打開回調函數

10.3.2回調函數的使用

10.4標簽、按鈕與編輯字段組件

10.4.1標簽(Label)

10.4.2按鈕(Button)

10.4.3編輯字段(EditField)

10.5單選按鈕組、切換按鈕組、復選框、面板、選項卡與日期選擇器組件

10.5.1單選按鈕組 (Button Group)

10.5.2切換按鈕組(ButtonGroup)

10.5.3復選框(Check Boxes)

10.5.4面板 (Panel)

10.5.5選項卡(TabGroup)

10.5.6日期選擇器(Date Picker)

10.6坐標區與圖像組件

10.6.1坐標區(UIAxes)

10.6.2圖像(Image)

10.7列表框與下拉框組件

10.7.1列表框(ListBox)

10.7.2下拉框(DropDown)

10.8滑塊與微調器組件

10.8.1滑塊(Slider)

10.8.2微調器(Spinner)

10.9表、超鏈接與樹組件

10.9.1表(UITable)

10.9.2超鏈接(UIHyperlink)

10.9.3樹(Tree)

10.10儀器組件

10.11菜單設計

10.11.1使用“菜單欄”創建菜單

10.11.2使用“工具欄”創建菜單

10.11.3使用命令創建級聯菜單

10.11.4使用命令創建下拉框菜單

10.11.5使用命令創建上下文菜單

10.12對話框設計

10.12.1對話框操作

10.12.2專用對話框

10.12.3創建標準對話框

第11章MATLAB的建模應用

11.1建立數學模型概述

11.1.1建模的作用

11.1.2建模的方法  

11.1.3數學模型的特點及分類  

11.2建立數學模型案例

參考文獻

微課視頻

MicroVideo

第1章MATLAB/Simulink概述

第2章MATLAB矩陣與數組應用

第3章MATLAB高等數學計算

第4章自動控制系統理論基礎

第5章控制系統時域分析的MATLAB實現

第6章控制系統頻域分析、根軌跡分析與設計的MATLAB實現