控制系统仿真及MATLAB应用

前言上篇 系统仿真基本理论 第1章 概述1 1.1 系统仿真技术的基本概念1 1.1.1 系统1 1.1.2 模型及其建立2 1.1.3 仿真及其分类4 1.1.4 数字仿真的基本内容和工作过程5 1.2 控制系统的研究方法7 1.2.1 解析法7 1.2.2 试验法7 1.2.3 仿真试验法7 1.3 仿真技术的应用与发展9 1.3.1 仿真技术的应用9 1.3.2 仿真技术的发展趋势10 习题11 第2章 控制系统的数学描述12 2.1 控制系统仿真的数学模型12 2.1.1 连续时间系统12 2.1.2 离散时间系统16 2.1.3 采样控制系统17 2.1.4 数学模型的转换18 2.1.5 线性时不变系统的对象模型21 2.2 控制系统建模的基本方法与实例22 2.2.1 系统建模的基本方法22 2.2.2 系统建模的要素与过程23 2.2.3 系统建模实例24 2.3 控制系统数字仿真的实现问题28 习题31 第3章 连续系统数字仿真的基本算法32 3.1 常微分方程的数值解法32 3.2 数值积分算法34 3.2.1 欧拉(Euler)法34 3.2.2 龙格-库塔(Rung-Kutta)法35 3.2.3 微分方程数值积分的矩阵分析39 3.3 数值积分算法的基本分析40 3.3.1 单步法和多步法40 3.3.2 显式算法和隐式算法41 3.3.3 截断误差和舍入误差41 3.3.4 数值积分算法的计算稳定性43 3.3.5 数值算法的选用44 3.4 典型闭环系统的数字仿真45 习题49下篇 通用仿真软件MATLAB 第4章 MATLAB简介50 4.1 MATLAB语言概述50 4.1.1 MATLAB语言的产生与发展50 4.1.2 MATLAB语言特点51 4.1.3 MATLAB的使用环境53 4.1.4 MATLAB 7.2的安装53 4.2 MATLAB 7.2用户界面概述56 4.2.1 启动MATLAB 7.2 57 4.2.2 命令窗口(Command Window)使用57 4.2.3 历史命令(Command History)窗口使用60 4.2.4 当前目录(Current Directory)窗口使用61 4.3 MATLAB帮助系统的使用63 4.3.1 MATLAB帮助系统介绍63 4.3.2 帮助导航浏览器窗口系统64 4.3.3 DEMO演示系统66 4.3.4 视频联机演示系统68 4.3.5 命令窗口查询帮助系统69 习题70 第5章 MATLAB的基本使用方法71 5.1 常量与变量71 5.1.1 常量71 5.1.2 变量71 5.2 数据的类型72 5.2.1 MATLAB数据类型概述72 5.2.2 数值类型73 5.2.3 浮点数类型73 5.2.4 复数74 5.2.5 逻辑类型75 5.2.6 字符和字符串75 5.2.7 函数句柄77 5.2.8 结构体类型78 5.2.9 无穷量(Inf)和非数值量(NaN)79 5.3 MATLAB的基本计算功能80 5.3.1 简单数值计算使用方法80 5.3.2 MATLAB中的常用数学函数80 5.4 基本矩阵操作82 5.4.1 矩阵的构造82 5.4.2 空矩阵85 5.4.3 矩阵元素下标引用85 5.4.4 矩阵信息获取86 5.4.5 矩阵的运算86 5.5 MATLAB中的其他运算92 5.5.1 关系运算92 5.5.2 逻辑运算93 5.5.3 运算优先级94 5.6 MATLAB的符号计算功能94 5.6.1 创建符号变量和表达式95 5.6.2 符号与数值之间的转换96 5.6.3 对符号变量的操作97 5.6.4 符号表达式的代数运算99 5.6.5 符号数值任意精度控制和运算101 5.6.6 微积分的符号计算102 5.6.7 反函数与复合函数的符号计算104 5.6.8 一般代数方程的求解105 5.6.9 线性方程组的符号解106 5.6.10 微分方程的求解106 5.6.11 符号积分变换107 5.6.12 符号表达式的化简109 习题112 第6章 数据和函数的可视化113 6.1 MATLAB图形窗口113 6.1.1 图形窗口的创建与控制113 6.1.2 图形窗口的菜单栏115 6.1.3 图形窗口的工具栏116 6.2 二维绘图118 6.3 三维绘图123 6.3.1 三维绘图指令123 6.3.2 三维图形的修饰130 6.4 坐标控制和图形标识134 习题140 第7章 MATLAB 基本编程141 7.1 脚本和函数141 7.1.1 函数141 7.1.2 脚本文件142 7.1.3 局部变量和全局变量143 7.1.4 MATLAB的函数类别144 7.2 MATLAB流程控制145 7.2.1if-else-end条件控制145 7.2.2 switch-case控制结构147 7.2.3 for循环和while循环148 7.2.4 其他流程控制函数150 7.3 用户参数交互输入151 7.3.1 键盘输入151 7.3.2 键盘控制152 7.3.3 菜单输入153 7.4 MATLAB程序调试155 7.5 MATLAB分析控制系统实例155 7.5.1 控制系统的稳定性分析155 7.5.2 时域分析156 7.5.3 根轨迹法分157 7.5.4 频域分析158 习题160 第8章 SIMULINK交互式仿真集成环境161 8.1 SIMULINK环境简介161 8.1.1 SIMULINK的启动162 8.1.2 SIMULINK的模块库介绍163 8.2 模型的创建166 8.2.1 模型建立的基本步骤166 8.2.2 模块的基本操作167 8.2.3 SIMULINK线的处理169 8.3 SIMULINK仿真的运行170 8.4 SIMULINK的仿真实例175 8.4.1 基于微分方程的SIMULINK建模与仿真176 8.4.2 基于传递函数的SIMULINK建模与仿真180 8.4.3 非线性系统的SIMULINK建模与仿真184 8.4.4 SIMULINK实现的元件级电路仿真186 8.4.5 MATLAB/SIMULINK在空调自动控制系统中的应用187 习题190 第9章 S函数192 9.1 S函数的工作方式192 9.2 用MATLAB语言编写S函数194 9.3 S函数应用实例200 9.3.1 连续系统的S函数的描述200 9.3.2 混合系统的S函数描述201 9.3.3 含有外部输入参数系统的S函数的描述202 习题205参考文献206

前言上篇 系统仿真基本理论 第1章 概述1 1.1 系统仿真技术的基本概念1 1.1.1 系统1 1.1.2 模型及其建立2 1.1.3 仿真及其分类4 1.1.4 数字仿真的基本内容和工作过程5 1.2 控制系统的研究方法7 1.2.1 解析法7 1.2.2 试验法7 1.2.3 仿真试验法7 1.3 仿真技术的应用与发展9 1.3.1 仿真技术的应用9 1.3.2 仿真技术的发展趋势10 习题11 第2章 控制系统的数学描述12 2.1 控制系统仿真的数学模型12 2.1.1 连续时间系统12 2.1.2 离散时间系统16 2.1.3 采样控制系统17 2.1.4 数学模型的转换18 2.1.5 线性时不变系统的对象模型21 2.2 控制系统建模的基本方法与实例22 2.2.1 系统建模的基本方法22 2.2.2 系统建模的要素与过程23 2.2.3 系统建模实例24 2.3 控制系统数字仿真的实现问题28 习题31 第3章 连续系统数字仿真的基本算法32 3.1 常微分方程的数值解法32 3.2 数值积分算法34 3.2.1 欧拉(Euler)法34 3.2.2 龙格-库塔(Rung-Kutta)法35 3.2.3 微分方程数值积分的矩阵分析39 3.3 数值积分算法的基本分析40 3.3.1 单步法和多步法40 3.3.2 显式算法和隐式算法41 3.3.3 截断误差和舍入误差41 3.3.4 数值积分算法的计算稳定性43 3.3.5 数值算法的选用44 3.4 典型闭环系统的数字仿真45 习题49下篇 通用仿真软件MATLAB 第4章 MATLAB简介50 4.1 MATLAB语言概述50 4.1.1 MATLAB语言的产生与发展50 4.1.2 MATLAB语言特点51 4.1.3 MATLAB的使用环境53 4.1.4 MATLAB 7.2的安装53 4.2 MATLAB 7.2用户界面概述56 4.2.1 启动MATLAB 7.2 57 4.2.2 命令窗口(Command Window)使用57 4.2.3 历史命令(Command History)窗口使用60 4.2.4 当前目录(Current Directory)窗口使用61 4.3 MATLAB帮助系统的使用63 4.3.1 MATLAB帮助系统介绍63 4.3.2 帮助导航浏览器窗口系统64 4.3.3 DEMO演示系统66 4.3.4 视频联机演示系统68 4.3.5 命令窗口查询帮助系统69 习题70 第5章 MATLAB的基本使用方法71 5.1 常量与变量71 5.1.1 常量71 5.1.2 变量71 5.2 数据的类型72 5.2.1 MATLAB数据类型概述72 5.2.2 数值类型73 5.2.3 浮点数类型73 5.2.4 复数74 5.2.5 逻辑类型75 5.2.6 字符和字符串75 5.2.7 函数句柄77 5.2.8 结构体类型78 5.2.9 无穷量(Inf)和非数值量(NaN)79 5.3 MATLAB的基本计算功能80 5.3.1 简单数值计算使用方法80 5.3.2 MATLAB中的常用数学函数80 5.4 基本矩阵操作82 5.4.1 矩阵的构造82 5.4.2 空矩阵85 5.4.3 矩阵元素下标引用85 5.4.4 矩阵信息获取86 5.4.5 矩阵的运算86 5.5 MATLAB中的其他运算92 5.5.1 关系运算92 5.5.2 逻辑运算93 5.5.3 运算优先级94 5.6 MATLAB的符号计算功能94 5.6.1 创建符号变量和表达式95 5.6.2 符号与数值之间的转换96 5.6.3 对符号变量的操作97 5.6.4 符号表达式的代数运算99 5.6.5 符号数值任意精度控制和运算101 5.6.6 微积分的符号计算102 5.6.7 反函数与复合函数的符号计算104 5.6.8 一般代数方程的求解105 5.6.9 线性方程组的符号解106 5.6.10 微分方程的求解106 5.6.11 符号积分变换107 5.6.12 符号表达式的化简109 习题112 第6章 数据和函数的可视化113 6.1 MATLAB图形窗口113 6.1.1 图形窗口的创建与控制113 6.1.2 图形窗口的菜单栏115 6.1.3 图形窗口的工具栏116 6.2 二维绘图118 6.3 三维绘图123 6.3.1 三维绘图指令123 6.3.2 三维图形的修饰130 6.4 坐标控制和图形标识134 习题140 第7章 MATLAB 基本编程141 7.1 脚本和函数141 7.1.1 函数141 7.1.2 脚本文件142 7.1.3 局部变量和全局变量143 7.1.4 MATLAB的函数类别144 7.2 MATLAB流程控制145 7.2.1if-else-end条件控制145 7.2.2 switch-case控制结构147 7.2.3 for循环和while循环148 7.2.4 其他流程控制函数150 7.3 用户参数交互输入151 7.3.1 键盘输入151 7.3.2 键盘控制152 7.3.3 菜单输入153 7.4 MATLAB程序调试155 7.5 MATLAB分析控制系统实例155 7.5.1 控制系统的稳定性分析155 7.5.2 时域分析156 7.5.3 根轨迹法分157 7.5.4 频域分析158 习题160 第8章 SIMULINK交互式仿真集成环境161 8.1 SIMULINK环境简介161 8.1.1 SIMULINK的启动162 8.1.2 SIMULINK的模块库介绍163 8.2 模型的创建166 8.2.1 模型建立的基本步骤166 8.2.2 模块的基本操作167 8.2.3 SIMULINK线的处理169 8.3 SIMULINK仿真的运行170 8.4 SIMULINK的仿真实例175 8.4.1 基于微分方程的SIMULINK建模与仿真176 8.4.2 基于传递函数的SIMULINK建模与仿真180 8.4.3 非线性系统的SIMULINK建模与仿真184 8.4.4 SIMULINK实现的元件级电路仿真186 8.4.5 MATLAB/SIMULINK在空调自动控制系统中的应用187 习题190 第9章 S函数192 9.1 S函数的工作方式192 9.2 用MATLAB语言编写S函数194 9.3 S函数应用实例200 9.3.1 连续系统的S函数的描述200 9.3.2 混合系统的S函数描述201 9.3.3 含有外部输入参数系统的S函数的描述202 习题205参考文献206
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