MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真

前言

　　本書的第1版（2005年出版）和第2版（2008年出版）已被國內(nèi)多所院校作為電子信息類課程的教材和教輔參考書，根據(jù)讀者的需求、控制系統(tǒng)的發(fā)展，以及 MATLAB和Simulink軟件版本的升級，我們編寫了本書的第3版?！　∩鐣a(chǎn)力的不斷發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高，必將對控制理論、技術(shù)、系統(tǒng)與應用提出越來越多、越來越高的要求，因此有必要進一步加強、加深對這方面的研究。作為控制理論與控制工程及其計算機仿真的強有力工具，近年來MATLAB/ Simulink得到了業(yè)界的一致認可，在控制系統(tǒng)仿真、分析與設計方面得到了廣泛應用，其自身也因此得到了迅速發(fā)展，功能不斷擴充，現(xiàn)已發(fā)展至7.0版本。實踐已表明MATLAB/Simulink的確是一個功能強大、形象逼真、便于操作的軟件工具?！　榱烁玫赝苿覯ATLAB/Simulink在控制系統(tǒng)仿真、分析與設計中的應用，在借鑒以往類似書籍與教材經(jīng)驗并彌補其中不足的基礎上，我們結(jié)合日常的科研和教學工作編撰了此書。全書從實用角度出發(fā)，通過大量典型的樣例，對MATLAB 7.0/Simulink 6.0的功能、操作及其在自動控制中的應用進行詳細論述。書中所述的大部分內(nèi)容和例子，我們已在本科生和研究生有關(guān)控制理論與控制工程的科研和教學實踐中做過試驗與驗證，是我們多年來教學與科研的結(jié)晶。　　全書共分13章，內(nèi)容包括MATLAB/Simulink介紹、控制系統(tǒng)數(shù)學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法、控制系統(tǒng)校正與綜合、線性系統(tǒng)狀態(tài)空間分析與設計、非線性系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)等。各章通過精心設計的應用實例來幫助讀者理解和掌握自動控制原理以及MATLAB/Simulink在控制系統(tǒng)仿真中的應用。全書內(nèi)容深入淺出、圖文并茂，各章節(jié)之間既相互聯(lián)系又相對獨立，讀者可根據(jù)自己需要選擇閱讀。本書既可作為自動控制、機械電子、信息處理、計算機仿真、計算機應用等大專院校學生和研究生教學參考用書，也可供自動控制、計算機仿真及其相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)和研究人員參考?！　”緯?章由陳國順、王勝開編寫，第2～8章由王正林編寫，第9章、第10章由陳國順、王正林編寫，第11章、第12章由王勝開、陳國順編寫，參與本書編寫的還有王祺、夏路生、王偉欣、朱桂蓮、鄧祈、鐘救元、劉玉芳、肖邵英、王曉麗、朱艷、鐘頌飛、王權(quán)。全書由王正林、王勝開統(tǒng)稿?！　⊥羧氏冉淌谠诎倜χ袑忛喠巳珪?，提出了許多寶貴的修改意見，在此表示衷心感謝?！　≡诒緯帉戇^程中，孫一康教授、余達太教授、安世奇教授、劉增良教授給予了大力指導與支持，在此一并表示感謝。　　由于時間倉促、作者水平和經(jīng)驗有限，書中錯漏之處在所難免，敬請讀者指正?！　【幹?/pre>


內(nèi)容概要
　　本書從應用角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了MATLAB/Simulink及其在自動控制中的應用，結(jié)合MATLAB/Simulink的使用，通過典型實例，全面闡述了自動控制的基本原理以及控制系統(tǒng)分析與設計的主要方法。全書共分13章，包括自動控制系統(tǒng)與仿真概述、MATLAB計算基礎、Simulink仿真、控制系統(tǒng)數(shù)學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法、控制系統(tǒng)校正與綜合、線性系統(tǒng)狀態(tài)空間分析、線性系統(tǒng)狀態(tài)空間設計、非線性系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)、最優(yōu)控制系統(tǒng)等。各章通過精心設計的應用實例、綜合實例和習題幫助讀者理解和掌握自動控制原理以及MATLAB/Simulink相關(guān)功能和工具的使用。



書籍目錄
第1章 自動控制系統(tǒng)與仿真概述
　1.1 引言
　1.2 自動控制系統(tǒng)基本概念
　　1.2.1 開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)
　　1.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
　　1.2.3 反饋控制系統(tǒng)品質(zhì)要求
　1.3 自動控制系統(tǒng)分類
　　1.3.1 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)
　　1.3.2 離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)
　　1.3.3 恒值系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)
　1.4 控制系統(tǒng)仿真基本概念
　　1.4.1 計算機仿真基本概念
　　1.4.2 控制系統(tǒng)仿真
　　1.4.3 控制系統(tǒng)計算機仿真基本過程
　　1.4.4 計算機仿真技術(shù)發(fā)展趨勢
　1.5 MATLAB/Simulink下的控制系統(tǒng)仿真
　　1.5.1 MATLAB適合控制系統(tǒng)仿真的特點
　　1.5.2 Simulink適合控制系統(tǒng)仿真的特點
　1.6 MATLAB中控制相關(guān)的工具箱
第2章 MATLAB計算基礎
　2.1 引言
　2.2 MATLAB概述
　　2.2.1 MATLAB發(fā)展歷程
　　2.2.2 MATLAB系統(tǒng)構(gòu)成
　　2.2.3 MATLAB 常用工具箱
　2.3 MATLAB桌面操作環(huán)境
　　2.3.1 MATLAB啟動和退出
　　2.3.2 MATLAB主菜單及功能
　　2.3.3 MATLAB命令窗口
　　2.3.4 MATLAB工作空間
　　2.3.5 MATLAB文件管理
　　2.3.6 MATLAB幫助使用
　2.4 MATLAB數(shù)值計算
　　2.4.1 MATLAB數(shù)值類型
　　2.4.2 矩陣運算
　2.5 關(guān)系運算和邏輯運算
　2.6 符號運算
　　2.6.1 符號運算基礎
　　2.6.2 控制系統(tǒng)中常用的符號運算
　2.7 復數(shù)和復變函數(shù)運算
　　2.7.1 復數(shù)運算基礎
　　2.7.2 拉普拉斯變換及逆變換
　　2.7.3 Z變換及其反變換
　2.8 MATLAB常用繪圖命令
　2.9 MATLAB程序設計
　　2.9.1 MATLAB程序類型
　　2.9.2 MATLAB程序流程控制
　　2.9.3 MATLAB程序基本設計原則
第3章 Simulink仿真
　3.1 引言
　3.2 Simulink仿真概述
　　3.2.1 Simulink的啟動與退出
　　3.2.2 Simulink建模仿真
　3.3 Simulink的模塊庫簡介
　　3.3.1 Simulink模塊庫分類
　　3.3.2 控制系統(tǒng)仿真中常用的模塊
　3.4 Simulink功能模塊的處理
　　3.4.1 Simulink模塊參數(shù)設置
　　3.4.2 Simulink模塊的基本操作
　　3.4.3 Simulink模塊間的連線處理
　3.5 Simulink仿真設置
　　3.5.1 仿真器參數(shù)設置
　　3.5.2 工作空間數(shù)據(jù)導入/導出設置
　3.6 Simulink仿真舉例
　3.7 Simulink自定義功能模塊
　　3.7.1 自定義功能模塊的創(chuàng)建
　　3.7.2 自定義功能模塊的封裝
　3.8 S函數(shù)設計與應用
　　3.8.1 S函數(shù)設計模板
　　3.8.2 S函數(shù)設計舉例
第4章 控制系統(tǒng)數(shù)學模型
　4.1 引言
　4.2 動態(tài)過程微分方程描述
　4.3 拉氏變換與控制系統(tǒng)模型
　4.4 數(shù)學模型描述
　　4.4.1 傳遞函數(shù)模型
　　4.4.2 零極點形式的數(shù)學模型
　　4.4.3 狀態(tài)空間模型
　4.5 MATLAB/Simulink在模型中的應用
　　4.5.1 多項式處理相關(guān)的函數(shù)
　　4.5.2 建立傳遞函數(shù)相關(guān)的函數(shù)
　　4.5.3 建立零極點形式的數(shù)學模型相關(guān)函數(shù)
　　4.5.4 建立狀態(tài)空間模型相關(guān)的函數(shù)
　　4.5.5 Simulink中的控制系統(tǒng)模型表示
　　4.5.6 Simulink中模型與狀態(tài)空間模型的轉(zhuǎn)化
　　4.5.7 應用實例
　4.6 系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換及連接
　　4.6.1 模型轉(zhuǎn)換
　　4.6.2 模型連接
　　4.6.3 模型連接的MATLAB實現(xiàn)
　4.7 非線性數(shù)學模型的線性化
　4.8 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第5章 時域分析法
　5.1 引言
　5.2 時域響應分析
　　5.2.1 典型輸入
　　5.2.2 線性系統(tǒng)時域響應一般求法
　　5.2.3 時域響應性能指標
　　5.2.4 一階和二階系統(tǒng)的時域響應
　　5.2.5 高階系統(tǒng)的時域分析
　5.3 MATLAB/Simulink在時域分析中的應用
　　5.3.1 時域分析中MATLAB函數(shù)的應用
　　5.3.2 時域響應性能指標求取
　　5.3.3 二階系統(tǒng)參數(shù)對時域響應性能的影響
　　5.3.4 改善系統(tǒng)時域響應性能的一些措施
　　5.3.5 LTI Viewer應用
　5.4 穩(wěn)定性分析
　　5.4.1 穩(wěn)定性基本概念
　　5.4.2 穩(wěn)定性判據(jù)
　　5.4.3 穩(wěn)態(tài)誤差分析
　　5.4.4 MATLAB在穩(wěn)定性分析中的應用
　5.5 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第6章 根軌跡分析法
　6.1 引言
　6.2 根軌跡定義
　6.3 根軌跡法基礎
　　6.3.1 幅值條件和相角條件
　　6.3.2 繪制根軌跡的一般法則
　　6.3.3 與根軌跡分析相關(guān)的MATLAB函數(shù)
　　6.3.4 根軌跡分析與設計工具rltool
　　6.3.5 利用MATLAB繪制根軌跡圖舉例
　6.4 其他形式的根軌跡
　　6.4.1 正反饋系統(tǒng)的根軌跡
　　6.4.2 參數(shù)根軌跡
　　6.4.3 時滯系統(tǒng)的根軌跡
　　6.4.4 利用MATLAB繪制其他形式的根軌跡舉例
　6.5 用根軌跡法分析系統(tǒng)的暫態(tài)特性
　6.6 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第7章 頻域分析法
　7.1 引言
　7.2 頻率特性基本概念
　　7.2.1 頻率特性定義
　　7.2.2 頻域分析法的特點
　　7.2.3 頻域性能指標
　7.3 頻率特性的表示方法
　　7.3.1 極坐標圖（Nyquist圖）
　　7.3.2 對數(shù)坐標圖（Bode圖）
　　7.3.3 對數(shù)幅相圖（Nichols圖）
　　7.3.4 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
　7.4 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性作圖
　　7.4.1 開環(huán)對數(shù)頻率特性作圖
　　7.4.2 開環(huán)極坐標作圖
　7.5 頻率響應分析
　　7.5.1 開環(huán)頻率特性的性能分析
　　7.5.2 閉環(huán)頻率特性的性能分析
　7.6 MATLAB在頻率法中的應用
　　7.6.1 求取和繪制頻率響應曲線相關(guān)的函數(shù)
　　7.6.2 應用實例
　7.7 頻率法的穩(wěn)定性分析
　　7.7.1 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)
　　7.7.2 穩(wěn)定裕度
　　7.7.3 MATLAB在穩(wěn)定性分析中的應用
　7.8 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第8章 控制系統(tǒng)校正與綜合
　8.1 引言
　8.2 控制系統(tǒng)校正與綜合基礎
　　8.2.1 控制系統(tǒng)性能指標
　　8.2.2 控制系統(tǒng)校正概述
　8.3 PID控制器設計及MATLAB/Simulink應用
　　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 積分（I）控制
　　8.3.5 比例積分（PI）控制
　　8.3.6 比例積分微分（PID）控制
　　8.3.7 PID控制器參數(shù)整定
　8.4 控制系統(tǒng)校正的根軌跡法
　　8.4.1 基于根軌跡法的超前校正
　　8.4.2 基于根軌跡法的滯后校正
　　8.4.3 基于根軌跡法的超前滯后校正
　　8.4.4 MATLAB/Simulink在根軌跡法校正中的應用
　8.5 控制系統(tǒng)校正的頻率響應法
　　8.5.1 基于頻率法的超前校正
　　8.5.2 基于頻率法的滯后校正
　　8.5.3 MATLAB/Simulink在頻率響應法校正中的應用
　8.6 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第9章 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間分析
　9.1 引言
　9.2 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間基礎
　　9.2.1 狀態(tài)空間基本概念
　　9.2.2 狀態(tài)空間實現(xiàn)
　　9.2.3 狀態(tài)空間的標準型
　　9.2.4 狀態(tài)方程求解
　　9.2.5 MATLAB/Simulink在線性系統(tǒng)狀態(tài)空間描述中的應用
　9.3 線性系統(tǒng)的狀態(tài)可控性與狀態(tài)可觀性
　　9.3.1 狀態(tài)可控性
　　9.3.2 狀態(tài)可觀性
　　9.3.3 對偶系統(tǒng)和對偶原理
　　9.3.4 可控標準型和可觀標準型
　　9.3.5 MATLAB在可控和可觀標準型中的應用
　9.4 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
　　9.4.1 穩(wěn)定性分析基礎
　　9.4.2 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
　　9.4.3 MATLAB/Simulink在李雅普諾夫穩(wěn)定性分析中的應用
　9.5 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第10章 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間設計
　10.1 引言
　10.2 狀態(tài)反饋與極點配置
　　10.2.1 狀態(tài)反饋
　　10.2.2 輸出反饋
　　10.2.3 極點配置
　　10.2.4 MATLAB/Simulink在極點配置中的應用
　10.3 狀態(tài)觀測器
　　10.3.1 狀態(tài)觀測器的基本概念
　　10.3.2 全維狀態(tài)觀測器
　　10.3.3 降維狀態(tài)觀測器
　　10.3.4 MATLAB/Simulink在狀態(tài)觀測器設計中的應用
　10.4 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第11章 非線性系統(tǒng)
　11.1 引言
　11.2 非線性系統(tǒng)概述
　　11.2.1 非線性控制理論發(fā)展概況
　　11.2.2 典型非線性特性
　　11.2.3 Simulink中的非線性模塊
　11.3 相平面法
　　11.3.1 相平面法基礎知識
　　11.3.2 MATLAB/Simulink在相軌跡圖繪制中的應用
　11.4 描述函數(shù)法
　　11.4.1 描述函數(shù)基本概念
　　11.4.2 描述函數(shù)定義
　　11.4.3 描述函數(shù)的計算
　　11.4.4 非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
　11.5 MATLAB/Simulink在非線性系統(tǒng)分析中的應用
　11.6 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第12章 離散控制系統(tǒng)
　12.1 引言
　12.2 離散控制系統(tǒng)基本概念
　　12.2.1 離散控制系統(tǒng)概述
　　12.2.2 離散信號的數(shù)學描述
　12.3 離散控制系統(tǒng)的研究方法
　　12.3.1 線性連續(xù)與離散控制系統(tǒng)研究方法類比
　　12.3.2 MATLAB中的離散控制系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)
　12.4 Z變換
　　12.4.1 離散信號的Z變換
　　12.4.2 Z變換與Z反變換常用方法
　12.5 離散控制系統(tǒng)數(shù)學模型
　　12.5.1 離散系統(tǒng)時域數(shù)學模型
　　12.5.2 離散系統(tǒng)頻域數(shù)學模型
　12.6 離散控制系統(tǒng)性能分析
　　12.6.1 穩(wěn)定性分析
　　12.6.2 靜態(tài)誤差分析
　　12.6.3 動態(tài)特性分析
　　12.6.4 MATLAB/Simulink在離散系統(tǒng)性能分析中的應用
　12.7 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
第13章 最優(yōu)控制系統(tǒng)
　13.1 引言
　13.2 最優(yōu)控制問題的描述
　13.3 線性二次型最優(yōu)控制問題
　13.4 MATLAB/Simulink在線性二次型最優(yōu)控制中的應用
　13.5 綜合實例及MATLAB/Simulink應用
　習題
附錄A 控制系統(tǒng)相關(guān)的MATLAB函數(shù)
附錄B Simulink模塊庫
參考文獻


章節(jié)摘錄
版權(quán)頁：插圖：3.準確性準確性通常用穩(wěn)態(tài)誤差來表示，所謂穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，輸出量的實際值和期望值之間的誤差。這一性能表示穩(wěn)態(tài)時的控制精度，一個設計合理的自動控制系統(tǒng)其穩(wěn)態(tài)特性應能滿足工藝的要求。在參考輸入信號作用下，當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。一個閉環(huán)控制系統(tǒng)往往在滿足穩(wěn)態(tài)精度和暫態(tài)品質(zhì)之間存在著矛盾，例如要求穩(wěn)態(tài)精度高，往往不能得到很好的暫態(tài)性能。因此必須兼顧這兩方面的要求，根據(jù)具體情況合理地解決。1.3 自動控制系統(tǒng)分類自動控制系統(tǒng)廣泛應用于各類工業(yè)部門。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和生產(chǎn)能力的不斷提高，以及自動化技術(shù)和控制理論的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)也曰益復雜和日趨完善。例如，由單輸入單輸出的控制系統(tǒng)發(fā)展為多輸入多輸出的系統(tǒng)；由具有常規(guī)控制儀表和控制器的連續(xù)控制系統(tǒng)，發(fā)展到由計算機作為控制器的直接數(shù)字控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)最優(yōu)控制。由于各式各樣自動控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，很難確切地對自動控制系統(tǒng)進行分類?，F(xiàn)將常見的幾種自動控制系統(tǒng)概括介紹如下。1.3.1 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)按不同系統(tǒng)的特征方程式，可將自動控制系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。線性控制系統(tǒng)是由線性元件組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特征方程式可以用線性微分方程描述。疊加性和齊次性是鑒別系統(tǒng)是否為線性系統(tǒng)的根據(jù)。線性微分方程的各項系數(shù)為常數(shù)時，稱為線性定常系統(tǒng)。線性定常系統(tǒng)可以用拉普拉斯變換解微分方程，并由此定義出系統(tǒng)傳遞函數(shù)這一系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型。根軌跡法和頻率法就是在這一基礎上發(fā)展起來的分析和設計線性系統(tǒng)的有效方法。多輸入多輸出系統(tǒng)所采用的狀態(tài)空間、傳遞矩陣等分析方法，將在有關(guān)章節(jié)中論述。如果系統(tǒng)微分方程的系數(shù)與自變量有關(guān)，則為非線性微分方程，由非線性微分方程描述的系統(tǒng)稱為非線性控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中，即使只含一個非線性環(huán)節(jié)，這一系統(tǒng)也是非線性的。對于非線性控制系統(tǒng)的理論與研究遠不如線性控制系統(tǒng)那樣完整，一般只能滿足于近似的定性描述和數(shù)值計算。任何物理系統(tǒng)的特性，精確地說都是非線性的，但在誤差允許范圍內(nèi)，可以將非線性特性線性化，近似地用線性微分方程來描述，這樣就可以按照線性系統(tǒng)來處理。非線性系統(tǒng)的暫態(tài)特性與其初始條件有關(guān)，從這一點來看，它與線性系統(tǒng)有很大的區(qū)別。例如當偏差的初始值很小時，系統(tǒng)的暫態(tài)過程是穩(wěn)定的，而當偏差量的初值較大時，則可能不穩(wěn)定。線性系統(tǒng)的暫態(tài)過程與初始條件無關(guān)。




編輯推薦
《MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真(第3版)》前兩版已經(jīng)被國內(nèi)二十余所高校選為教材或教輔參考書，《MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真(第3版)》系統(tǒng)介紹MATLAB/Simulink及其在自動控制中的應用，內(nèi)容涵蓋：自動控制系統(tǒng)與仿真概述、MATLAB計算基礎、Simulink仿真、控制系統(tǒng)數(shù)學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法、控制系統(tǒng)校正與綜合、線性系統(tǒng)狀態(tài)空間分析、線性系統(tǒng)狀態(tài)空間設計、非線性系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)、最優(yōu)控制系統(tǒng)，綜合實例及MATLAB/Simulink應用，高?？刂祁惢A課程的數(shù)學推導多，內(nèi)容抽象，難于直接理解，為此《MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真(第3版)》精心設計了一些典型題目，以實例的形式詳細分析、講解MATLAB/Simulink的應用，豐富的習題和附錄，精選多個課后習題，有助于熟練MATLAB/Simulink的使用，提高編程技巧，加深對控制系統(tǒng)仿真的理解，力求將那些實際中可能會用到的函數(shù)命令和模塊通過附錄的形式列出來，方便讀者查詢和使用，提高了《MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真(第3版)》的工具性和查詢參考價值，配有教學課件，方便教學使用。





圖書封面



圖書標簽Tags
無




評論、評分、閱讀與下載



還沒讀過(88)
勉強可看(644)
一般般(109)
內(nèi)容豐富(4556)
強力推薦(373)


 


    MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真 PDF格式下載