控制系统MATLAB 计算及仿真

第1章 控制系统及仿真概述

1. 1 自动控制系统的广泛应用

1. 1. 1 电力拖动自动控制系统的应用

1. 1. 2　工业生产过程自动控制系统的应用

1. 2　控制系统计算机仿真的基本概念

1. 2. 1　系统计算机仿真

1. 2. 2　控制系统计算机仿真的过程

1. 3　控制系统MATLAB计算及仿真

1. 3. 1　先进的软件MATLAB

1. 3. 2　控制系统MATLAB计算及仿真的优秀性能

第2章　MATLAB程序设计语言

2. 1　MATLAB安装与启动

2. 1. 1　MATLAB5. 3的安装

2. 1. 2　MATLAB5. 3的启动

2. 1. 3　Notebook的启动

2. 2　MATLAB环境

2. 2. 1　MATLAB的命令窗口

2. 2. 2 MATLAB的工作空间

2. 2. 3　MATLAB的变量浏览器

2. 2. 4　MATLAB的程序编辑器

2. 2. 5　MATLAB的路径浏览器

2. 2. 6　MATLAB的Work子目录

2. 2. 7 MATLAB运行外部程序

2. 3　MATLAB数值运算基础

2. 3. 1　常量与变量

2. 3. 2　MATLAB运算符

2. 3. 3　矩阵. 数组及其算术运算

2. 3. 4　数组的关系运算与逻辑运算及其数组函数

2. 3. 5　矩阵函数

2. 3. 6　多项式及其运算

2. 3. 7　字符串

2. 4　M文件与MATLAB函数

2. 4. 1 脚本（Script）文件

2. 4. 2　函数（Function）文件

2. 4. 3　MATLAB函数分类

2. 4. 4　MATLAB函数应用举例

2. 5　MATLAB程序设计基础

2. 5. 1　MATLAB程序设计基本规则

2. 5. 2　表达式. 表达式语句与赋值语句

2. 5. 3　MATLAB程序流程控制

2. 5. 4　MATLAB程序流程控制指令

2. 5. 5　MATLAB程序的交互式指令

2. 5. 6　MATLAB程序的调试指令

2. 5. 7　MATLAB程序的常用警示指令

2. 6　MATLAB文字处理工具Notebook

2. 6. 1 Notebook筒介

2. 6. 2 创建与打开M－book文档

2. 6. 3 Notebook菜单命令简介

2. 6. 4 Notebook的使用

第3章 MATLAB仿真集成环境工具SIMULINK

3. 1 SIMULINK仿真工具简介

3. 1. 1 SIMULINK仿真工具概述

3. 1. 2 SIMULINK for Windows仿真工具的安装

3. 1. 3 SIMULINK仿真工具子目录及文件

3. 2 SIMULINK 3. 0的界面与菜单

3. 2. 1 SIMULINK 3. 0的界面形象

3. 2. 2 SIMULINK功能模块的分类及其用途

3. 2. 3 SIMULINK模型窗口

3. 3　用SIMULINK建立系统模型

3. 3. 1　模型窗口

3. 3. 2　模块的查找与选择

3. 3. 3　模块的拷贝. 移动与删除

3. 3. 4　模块的连接

3. 3. 5　模块标题名称的修改

3. 3. 6　模块内部参数的修改

3. 3. 7　创建模型的复原操作

3. 3. 8　系统模型标题名称的标注

3. 3. 9　模型文件的保存与打开

3. 3. 10　模型框图的打印

3. 3. 11 SIMULINK建模注意事项

3. 4 SIMULINK仿真算法的数学基础

3. 4. 1　微分方程初值问题的数值解法

3. 4. 2　欧拉法

3. 4. 3　数值积分运算的几个概念

3. 4. 4　阿达姆斯法（梯形法）和预估－校正法

3. 4. 5　龙格－库塔法

3. 4. 6　算法精度与稳定性比较

3. 5　SIMULINK仿真的数值分析

3. 5. 1　求微分方程数值解的几种算法

3. 5. 2　菜单操作方式下仿真算法选择和参数设置

3. 5. 3　在MATLAB命令窗口中的指令工作方式

3. 6　观察SIMULINK的仿真结果

3. 6. 1 使用示波器模块观察仿真输出

3. 6. 2　使用To Workspace模块将仿真输出信息返回到MATLAB命令窗口

3. 6. 3　使用Out1模块将仿真输出信息返回到MATLAB命令窗口

3. 7　SIMULINK的分析工具

3. 7. 1　模型线性化概述

3. 7. 2　连续系统的线性化模型

3. 7. 3　离散系统的线性化模型

3. 7. 4　SIMULINK平衡点的求取

3. 7. 5 SIMULINK里由状态方程转换成LTI（线性时不变系统）对象

3. 7. 6　在SIMULINK里绘制波德（Bode）图与时间响应图

3. 8 SIMULINK 3. 0的自定义模块库与自定义子系统

3. 8. 1　自定义模块库与自定义子系统概述

3. 8. 2　SIMULINK窗口下哨定义模块库

3. 8. 3　SIMULINK窗口下自定义子系统

3. 9 SIMULINK的Mask功能

3. 9. 1　Mask（封装）概述

3. 9. 2　Mask编辑器

3. 9. 3 Mask的Icon标签页

3. 9. 4 Mask的Initialization标签页

3. 9. 5　Mask的Documentation标签页

3. 9. 6 Mask举例

3. 9. 7　Mask的Unmask功能

第4章　控制系统MATLAB仿真基础

4. 1　控制系统的数学模型

4. 1. 1　LTI对象

4. 1. 2　控制系统数学模型的种类与转换

4. 1. 3　环节方框图模型的化简

4. 1. 4　SIMULINK动态结构图举例

4. 2　控制系统稳定性分析的MATLAB实现

4. 2. 1　控制系统稳定性的有关概念

4. 2. 2　控制系统稳定性的基本概念与分析方法简述

4. 2. 3　稳定性分析MATLAB实现的方法与举例

4. 3　控制系统稳态误差分析的MATLAB实现

4. 3. 1　控制系统稳态误差分析的有关概念

4. 3. 2　控制系统稳态误差计算

4. 3. 3　控制系统稳态误差计算举例

4. 4　控制系统时域分析的MATLAB实现

4. 4. 1　自动控制的一些基本概念

4. 4. 2　控制系统时域响应仿真的主要问题

4. 4. 3　时域分析MATLAB实现的方法

4. 4. 4 MATLAB函数指令方式下的时域响应仿真

4. 4. 5　利用SIMULINK动态结构图的时域响应仿真

4. 5　控制系统频域分析的MATLAB实现

4. 5. 1　频率特性的有关概念

4. 5. 2　系统频域分析的内容与MATLAB仿真的主要问题

4. 5. 3　频域分析MATLAB实现的方法

4. 6　根轨迹分析的MATLAB实现

4. 6. 1 有关根轨迹的几个基本概念

4. 6. 2　自动控制系统根轨迹分析MATLAB实现的主要问题

4. 6. 3　MATLAB函数指令方式下根轨迹分析的MATLAB实现

4. 6. 4　MATLAB基于根轨迹的设计工具

第5章 自动控制系统的MATLAB计算及仿真

5. 1　简单闭环控制的. MATLAB计算及仿真

5. 1. 1 自动控制系统的几个基本概念

5. 1. 2　简单闭环控制系统的数学模型

5. 1. 3　简单闭环控制系统的MATLAB仿真实例

5. 1. 4　线性时不变系统（LTI）观测器

5. 2　多闭环控制系统的MATLAB计算及仿真

5. 2. 1　多闭环控制系统概述

5. 2. 2　多闭环控制系统的数学模型

5, 2. 3　双闭环调速系统的MATLAB计算与仿真实例

5. 2. 4　三环控制系统的MATLAB计算与仿真

5. 3　位置随动系统的MATLAN计算及仿真

5, 3. 1　位置随动系统的概念

5. 3. 2　位置随动系统的控制特点

5. 3. 3　位置随动系统的分析方法与品质指标

5. 3. 4　位置随动系统MATLAB计算及仿真实例

5. 4　过程控制系统的MATLAB计算及仿真

5. 4. 1　生产过程控制的特点

5. 4. 2　过程控制被控对象的动态特性

5. 4. 3　过程控制系统的性能指标

5. 4. 4　过程控制中延迟体性的处理

5. 4. 5　简单回路控制系统的MATLAB计算及仿真

5. 4. 6　串级控制系统的MATLAB计算及仿真

5. 4. 7　前馈控制系统的MATLAB计算及仿真

5. 4. 8　大延迟系统的MATLAB计算及仿真

第6章　自动控制系统设计

6. 1　控制系统设计概述

6. 1. 1　经典控制系统的设计

6. 1. 2　控制系统设计的几个概念

6. 1. 3　控制系统的无源校正与有源校正

6. 1. 4　控制系统串联校正的基本思路

6. 2　控制系统彼德图设计法

6. 2. 1　波德图超前校正设计

6. 2. 2　波德图滞后校正设计

6. 2. 3　波德图滞后－超前校正设计

6. 3　控制系统的根轨迹设计法

6. 3. 1　根轨迹超前校正设计

6. 3. 2　根轨迹滞后校正设计

6. 4 控制系统PID校正器设计法

6. 4. 1　PID调节简述

6. 4. 2　PID调节规律

6. 4. 3　PID调节作用分析

6. 4. 4　PID校正器设计方法

第7章　状态空间分析的MATLAB实现

7. 1　控制系统状态空间分析的几个基本概念

7. 2　系统状态空间表达式及其状态方程的解

7. 2. 1　状态空间表达式的建立

7. 2. 2　系统状态方程的解

7. 2. 3　连续系统状态方程的离散化

7. 3　系统状态方程的线性变换

7. 3. 1　传递矩阵

7. 3. 2　状态方程的线性变换

7. 3. 3　范德蒙特矩阵与约当标准形

7. 4　线性系统的可控性与可观性

7. 4. 1　线性系统的可控性

7. 4. 2　线性系统的可观测性

7. 4. 3　线性定常系统的实现问题

7. 5　系统状态反馈与状态观测器

7. 5. 1　系统的输出反馈与状态反馈

7. 5. 2　系统的极点配置

7. 5. 3　系统的状态观测器

7. 5. 4　系统的状态降阶观测器

7. 6　系统稳定性分析的MATLAB计算及仿真

7. 6. 1　系统稳定性概述

7. 6. 2　李亚普诺夫意义下的稳定性理论

7. 6. 3　线性定常系统的李亚普诺夫稳定性分析

7. 6. 4　李亚鲁诺夫方程的求解

第8章　线性二次型最优控制的MATLAB实现

8. 1　最优控制的基本概念

8. 1. 1　最优控制问题

8. 1. 2　最优控制的性能指标

8. 1. 3　最优控制问题的数学分类法

8. 1. 4　最优控制问题的求解方法

8. 1. 5　线性二次型最优控制

8. 2　连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现

8. 2. 1　连续系统线性二次型最优控制

8. 2. 2　连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现

8. 3　离散系统稳态线性二次型最优控制的MATLAB实现

8. 3. 1 离散系统稳态线性二次型最优控制

8. 3. 2　离散系统稳态线性二次型最优控制的MATLAB实现

8. 4　最优观测器的MATLAB实现

8. 4. 1　连续时不变系统的Kalman滤波

8. 4. 2　Kalman滤波的MATLAB实现

8. 5　线性二次型Guass最优控制的MATLAB实现

8. 5. 1　LQG最优控制的求解

8. 5. 2　LQG最优控制的MATLAB实现

附录A　MATLAB常用函数

附录B　TOOLBOX基本工具箱函数

参考文献