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第1章 绪论 1

1.1自动控制理论的发展与应用 1

1.1.1自动控制理论的发展 1

1.1.2自动控制理论的应用 2

1.2自动控制系统的基本概念 2

1.2.1自动控制系统的基本分类 2

1.2.2自动控制系统的基本组成和应用示例 3

1.2.3反馈控制系统的品质要求 5

1.2.4自动控制系统的其他分类 5

1.3控制系统计算机仿真 6

1.3.1计算机仿真技术概述 6

1.3.2控制系统计算机仿真的实质 6

1.4 MATLAB/Simulink下的控制系统仿真 7

1.4.1 MATLAB仿真软件 7

1.4.2 MATLAB/Simulink的仿真特点 7

1.4.3与控制系统设计与分析、测试相关的基础工具箱 8

练习题 8

第2章 MATLAB计算基础 9

2.1 MATLAB桌面操作环境 9

2.1.1 MATLAB启动和退出 9

2.1.2 MATLAB操作窗口 9

2.1.3命令行窗口中的常用命令 11

2.1.4 MATLAB文件管理 13

2.1.5 MATLAB帮助功能 13

2.2 MATLAB数值计算 14

2.2.1数值类型 14

2.2.2矩阵运算 19

2.3关系运算和逻辑运算 24

2.4符号运算 24

2.4.1 MATLAB符号运算基础 25

2.4.2控制系统中常用的符号运算 26

2.5复数与复变函数运算 28

2.5.1复数运算基础 28

2.5.2留数及其基本运算 31

2.5.3拉普拉斯变换及拉普拉斯反变换 32

2.5.4 Z变换及其反变换 33

2.6 MATLAB常用绘图指令 35

2.6.1基本的绘图指令 35

2.6.2图形窗口处理指令和添加/删除栅格指令 35

2.6.3应用型绘图指令 37

2.6.4坐标轴相关的指令 38

2.6.5文字标示指令 39

2.6.6图形保持/覆盖指令 39

2.7 MATLAB的M文件和程序设计 41

2.7.1M文件的概述 41

2.7.2 MATLAB程序流程控制结构 45

2.7.3 MATLAB程序设计原则和程序调试 51

练习题 54

第3章 Simulink仿真 56

3.1 Simulink仿真概述 56

3.1.1 Simulink简介 56

3.1.2 Simulink的仿真特征和启动方式 57

3.1.3 Simulink建模仿真 58

3.2 Simulink的模块库简介 59

3.2.1 Simulink模块库浏览窗口 59

3.2.2 Simulink模块库分类 60

3.2.3控制系统仿真中最常用的模块和模块集 61

3.3 Simulink功能模块的处理 65

3.3.1 Simulink功能模块参数设置 65

3.3.2 Simulink模块的基本操作 68

3.3.3 Simulink模块间的连线处理 69

3.4 Simulink仿真设置 70

3.4.1 Solver参数设置 70

3.4.2 Data Inport/Export设置 75

3.4.3启动仿真与实例 77

3.5 Simulink仿真示例 79

3.6 Simulink自定义功能模块 84

3.6.1自定义功能模块的创建 84

3.6.2自定义功能模块的封装 85

3.7 S-Function的设计与应用 89

3.7.1 S-Function的概念 89

3.7.2 Simulink的仿真运行原理 90

3.7.3 S-Function的基本结构 91

3.7.4 S-Function设计示例 95

练习题 97

第4章 控制系统数学模型 98

4.1动态过程微分方程描述和建立 98

4.2拉普拉斯变换与控制系统模型 99

4.2.1拉普拉斯变换求解微分方程 99

4.2.2拉普拉斯变换示例 100

4.3数学模型描述 100

4.3.1传递函数模型 100

4.3.2零、极点增益模型 101

4.3.3状态空间模型 101

4.4 MATLAB/Simulink在模型中的应用 101

4.4.1多项式处理相关的函数 102

4.4.2建立传递函数相关的函数 104

4.4.3建立零、极点增益模型相关函数 106

4.4.4建立状态空间模型相关的函数 108

4.4.5 Simulink中的控制系统模型表示 109

4.4.6 Simulink模型与状态空间模型的转化 110

4.5系统模型转换及连接 112

4.5.1模型转换 112

4.5.2系统的组合连接和MATLAB示例 113

4.6 MATLAB/Simulink应用实例 117

练习题 120

第5章 控制系统时域分析法 121

5.1时域响应分析 121

5.1.1典型输入信号及其拉普拉斯变换 121

5.1.2瞬态响应与稳态响应 123

5.1.3控制系统时域响应的性能指标 124

5.1.4一阶系统的时域分析 126

5.1.5典型二阶系统的瞬态性能 127

5.1.6高阶系统的时域分析 132

5.2 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用 133

5.2.1时域分析中MATLAB函数的应用 133

5.2.2时域响应性能指标求取 138

5.3系统稳定性分析 142

5.3.1稳定性的定义与分析 142

5.3.2稳定性判据 143

5.3.3稳态误差分析 145

5.4综合实例及MATLAB/Simulink应用 147

练习题 153

第6章 频域分析法 154

6.1频率特性 154

6.1.1频率特性的基本概念 154

6.1.2频率特性的表示方法 155

6.2基于频域法的控制系统稳定性能分析 157

6.2.1频域法的Nyquist稳定判据 157

6.2.2频域法的Bode稳定判据 167

6.3控制系统的相对稳定性 169

6.3.1相对稳定性 170

6.3.2系统稳定性能指标的求取 171

6.4 MATLAB在频域法中分析与绘制曲线的应用 172

6.4.1 MATLAB频域分析和绘制响应曲线的相关函数 172

6.4.2 MATLAB频域分析示例 174

练习题 176

第7章 控制系统校正与参数整定 178

7.1控制系统校正简介 178

7.1.1控制系统性能指标 178

7.1.2控制系统校正的方法 179

7.2基于频域法的控制系统校正 181

7.2.1频域法的串联超前校正 181

7.2.2频域法的串联滞后校正 184

7.2.3频域法的串联滞后-超前校正 187

7.3基于根轨迹法的控制系统校正 192

7.3.1根轨迹法的串联超前校正 192

7.3.2根轨迹法的串联滞后校正 196

7.3.3根轨迹法的串联超前-滞后校正 199

7.4 PID控制器设计及MATLAB/Simulink应用 202

7.4.1 PID控制器简述 202

7.4.2比例控制 202

7.4.3微分控制 204

7.4.4比例微分控制 204

7.4.5积分控制 205

7.4.6比例积分控制 206

7.4.7比例积分微分控制 206

7.5 PID控制器参数整定 212

7.5.1响应曲线法 212

7.5.2临界比例度法 217

7.5.3衰减曲线法 221

练习题 226

参考文献 228

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