图书简介
以MATLAB为仿真平台，以自动控制系统为主线，系统地介绍了控制系统的建模、分析与设计的基本原理和仿真方法。本书共分五章，分别介绍了MATLAB基础知识、控制系统在MATLAB中的描述、控制系统各种分析方法及MATLAB实现、以MATLAB为工具的控制系统设计与仿真、Simulink及其应用。
章节目录
目录
前言
第１ 章 控制系统仿真及工具软件概述 １
１. １ 控制系统及仿真软件 １
１. １. １ 控制系统模型 １
１. １. ２ 控制系统仿真 ２
１. １. ３ ＭＡＴＬＡＢ 的语言特点 ３
１. １. ４ ＭＡＴＬＡＢ 的控制产品 ４
１. ２ ＭＡＴＬＡＢ 的操作与使用 ５
１. ２. １ ＭＡＴＬＡＢ 的工作空间 ６
１. ２. ２ ＭＡＴＬＡＢ 的命令窗口 ６
１. ２. ３ ＭＡＴＬＡＢ 的程序编辑器 ６
１. ２. ４ ＭＡＴＬＡＢ 的帮助文件 ７
１. ３ 数值计算与矩阵运算 １０
１. ３. １ ＭＡＴＬＡＢ 的数值类型 １０
１. ３. ２ 矩阵运算 １２
１. ３. ３ 符号运算 １５
１. ４ 程序、 文件和函数 ２３
１. ４. １ Ｍ 文件编程 ２３
１. ４. ２ 常用的编程语句 ２６
１. ４. ３ 程序调试与诊断 ３０
本章小结 ３３
习题 ３３
第２ 章 控制系统的数学描述 ３４
２. １控制系统数学模型与控制工具箱
函数 ３４
２. １. １ 传递函数模型 ３４
２. １. ２ 状态空间模型 ４２
２. ２ 控制系统模型的转换及连接 ４７
２. ２. １ 模型转换函数 ４７
２. ２. ２ 模型连接与化简 ５１
２. ３ 控制系统建模工程实例 ５５
本章小结 ６２
习题 ６２
第３ 章 控制系统分析 ６３
３. １ 控制系统的时域分析 ６３
３. １. １ 时域分析基础 ６３
３. １. ２ 系统的稳态性能分析 ６４
３. １. ３ 阶跃响应分析 ６５
３. １. ４ 脉冲响应分析 ７０
３. １. ５ 任意输入的时域响应分析 ７３
３. １. ６ 控制系统时域分析综合实例 ７４
３. ２ 控制系统的根轨迹分析 ７５
３. ２. １ 函数指令方式 ７５
３. ２. ２ 单输入单输出设计工具 ８２
３. ３ 控制系统的频域分析 ９１
３. ３. １ 频率响应与 Ｎｙｑｕｉｓｔ 图 ９２
３. ３. ２ 伯德图分析 ９５
３. ３. ３ 控制系统频域分析综合实例 ９９
３. ３. ４基于单输入单输出设计工具的控制
系统频域分析 １０１
３. ４ 控制系统的稳定性分析 １０２
３. ４. １ 控制系统稳定性分析方法简述 １０２
３. ４. ２控制系统稳定性分析的ＭＡＴＬＡＢ
实现 １０４
３. ５ 控制系统的可观性与可控性分析 １０６
３. ５. １ 系统的可观性分析 １０７
３. ５. ２ 系统的可控性分析 １０９
本章小结 １１２
习题 １１２
第４ 章 控制系统设计与仿真 １１３
４. １ 基于根轨迹的控制系统设计 １１３
４. １. １ 基于根轨迹的相位超前校正 １１３
４. １. ２ 基于根轨迹的相位滞后校正 １２３
４. ２ 基于伯德图的控制系统设计 １２６
４. ２. １ 基于伯德图的相位超前校正 １２６
４. ２. ２ 基于伯德图的相位滞后校正 １３０
４. ２. ３ 基于伯德图的滞后￣超前校正 １３３
４. ３ 控制系统的 ＰＩＤ 控制器设计 １３６
４. ３. １ ＰＩＤ 控制规律 １３７
４. ３. ２ ＰＩＤ 控制器设计方法 １４０
４. ３. ３ ＰＩＤ 控制器设计实例 １４６
４. ４ 极点配置与观测器设计 １５０
目录Ⅶ
４. ４. １ 极点配置 １５０
４. ４. ２ 全维状态观测器设计 １５３
４. ４. ３ 降维状态观测器设计 １５５
４. ４. ４基于观测器的状态反馈系统
设计综合实例 １５７
本章小结 １５９
习题 １５９
第５ 章控制系统ＣＡＤ ——— Ｓｉｍｕｌｉｎｋ
基础与应用 １６１
５. １ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 基本介绍与基本操作 １６１
５. １. １ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的基本介绍 １６１
５. １. ２ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的启动 １６１
５. １. ３ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ Ｌｉｂｒａｒｙ １６３
５. ２ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的建模方法与仿真 １６８
５. ２. １ 仿真模型编译器 １６８
５. ２. ２ 仿真系统的编辑 １６９
５. ２. ３ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 仿真参数的设定 １７２
５. ２. ４Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 与ＭＡＴＬＡＢ 的接口
设计 １７４
５. ３ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 子系统的创建与封装 １７６
５. ３. １ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 子系统的创建 １７６
５. ３. ２ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 子系统的封装 １７８
５. ４ 采用 ＭＡＴＬＡＢ 命令进行仿真与分析 １８１
５. ４. １ 仿真系统的打开和关闭 １８１
５. ４. ２ 功能模块参数设置 １８２
５. ４. ３ 系统模型的仿真运行 １８３
５. ４. ４ 仿真系统参数设置 １８３
５. ４. ５ 运行结果分析 １８５
５. ５ Ｓ 函数 １８７
５. ５. １ Ｓ 函数简介 １８８
５. ５. ２ 用 Ｍ 文件创建 Ｓ 函数 １９０
５. ６ 基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的系统分析与设计
实例 １９５
５. ６. １ 连续系统的时域分析实例 １９５
５. ６. ２ 连续系统的稳定性分析实例 １９７
５. ６. ３ 连续系统的稳态误差分析实例 １９９
５. ６. ４ 线性连续系统的设计实例 ２０３
本章小结 ２０８
习题 ２０８
参考文献 ２０９
前言近年来. ＭＡＴＬＡＢ 作为当前国际最流行的面向工程与科学计算的高级语言. 得到了各领域专家学者的一致认可. 在控制系统的分析、仿真与设计方面也得到了广泛的应用. 国内外很多高校在教学与研究中都将ＭＡＴＬＡＢ 语言作为首选的仿真工具. ＭＡＴＬＡＢ 以其强大的计算功能、丰富方便的图形功能以及动态系统仿真工具Ｓｉｍｕｌｉｎｋ. 能够容易地解决在自动控制系统仿真及计算机辅助设计过程中遇到的问题. 将工程技术人员从繁琐的底层编程中解放出来. 更多地把宝贵的时间与精力用在解决科学问题上.本次修订. 依然坚持培养“具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才” 的目标定位. 突出工科教育的特点. 注重基本概念. 强化工程应用. 在第２ 版中. 除了增加系统分析与设计的应用实例外. 还加强了ＭＡＴＬＡＢ 的可视化仿真工具Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 在控制系统分析与设计中的应用. 本书主要特点如下:１. 针对性强. 本书以自动控制系统为对象. 以ＭＡＴＬＡＢ 语言为平台. 结合自动控制理论和现代控制理论课程内容. 全面、系统地介绍自动控制系统的建模、分析与设计方法.２. 可读性强. 本书主要面向希望学习和使用ＭＡＴＬＡＢ 仿真软件进行自动控制系统设计的学生和工程技术人员. 在内容的安排上以读者为本. 通过大量的有代表性的例题来配合相应内容的讲解. 使读者感觉生动有趣. 不枯燥. 便于掌握. 也方便读者自主学习.３. 实用性强. 本书不仅在各部分内容的讲述中配有大量的例题和程序. 而且增加了实际工程综合实例. 读者可根据自己面临的工程设计问题. 对实例程序稍作修改即可使用.本书的内容是按照３６ 学时进行安排的. 在使用中应结合教学内容加强上机实验. 以深化学生对理论知识和仿真方法的理解. 提高其分析问题和解决问题的能力. 书中除简单介绍ＭＡＴＬＡＢ 的基础知识外. 其余内容均围绕其在控制系统的分析与设计中的应用而展开. 本书共分为５ 章. 主要内容如下:第１ 章讲述控制系统仿真及工具软件概述. 主要有ＭＡＴＬＡＢ 语言的简介、ＭＡＴＬＡＢ 的操作与使用、数值计算与矩阵运算、程序、文件和函数等内容.第２ 章讲述控制系统的数学模型在ＭＡＴＬＡＢ 中的描述. 主要有控制系统数学模型与控制工具箱函数、控制系统模型的转换及连接和控制系统建模工程实例等内容.第３ 章讲述控制系统常用分析方法的ＭＡＴＬＡＢ 实现. 主要有时域分析、根轨迹分析、频域分析、稳定性分析、可观性与可控性分析等内容.第４ 章讲述控制系统的设计方法与仿真. 主要有基于根轨迹的控制系统设计、基于伯德图的控制系统设计、ＰＩＤ 控制器设计、极点配置与观测器设计等内容.第５ 章讲述控制系统ＣＡＤ———Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 基础与应用. 主要有Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的基本操作、Ｓｉｍ￣ｕｌｉｎｋ 的建模方法与仿真、Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 子系统的创建与封装、采用ＭＡＴＬＡＢ 命令进行仿真与分析、Ｓ 函数、基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的系统分析与设计实例等内容.前言Ⅴ本书由河南工业大学王燕平担任主编. 第１ 章由臧义编写. 第２ 章由马利编写. 第３ 章的３.. １ 节~３.. ３ 节由孙红鸽编写. 第３ 章的３.. ４ 节~３.. ５ 节和第４ 章由王燕平编写. 第５ 章由李攀峰、吴兰编写. 全书由王燕平统稿.哈尔滨工业大学的张晓华教授担任本书的主审. 并提出了许多宝贵的指导意见. 编者在编写过程中. 参阅了许多专家、同行的教材与著作. 对此. 谨致诚挚的谢意!由于编者水平有限. 书中难免存在缺点甚至错误. 敬请广大读者批评指正.王燕平
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