《MATLAB/Simulink與控制系統仿真（第4版）》是2017年5月電子工業出版社出版的圖書，作者是王正林。
基本介紹
- 書名：MATLAB/Simulink與控制系統仿真（第4版）
- 作者：王正林
- ISBN：9787121313158
- 頁數：412頁
- 定價：59元
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2017年5月
- 開本：16開
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書從套用角度出發，系統地介紹了MATLAB/Simulink及其在自動控制中的套用。內容包括自動控制系統與仿真基礎知識、MATLAB計算及仿真基礎、Simulink仿真基礎、控制系統數學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法、控慨妹制系統校正與綜合、線性陵臘店歡系統狀態空間分析、線性系統狀態空間設計、非線性系統、離散控制系統、最優控制等。各章通過精心設計的套用實例、綜合實例和習題來幫助讀者理解和掌握自動控制原理以及MATLAB/Simulink相關功能和工具的使用。
圖書目錄
目 錄
第1章 自動控制系統與仿真概述 1
1.1 引言 1
1.2 自動控制系統基本概念 1
1.2.2 閉環控制蒸翻懂系統組成結構 3
1.2.3 反饋控制系統品質要求 4
1.3 自動控制系統分類 4
1.3.1 線性系統和非線性系統 5
1.3.2 離散系統和連續系統 5
1.3.3 恆值系統和隨動系統 6
1.4 控制系統仿真基本概念 6
1.4.1 計算機仿真基本概念 7
1.4.2 控制系統仿真 8
1.4.3 控制系統計算機仿真基驗悼境本過程 9
1.4.4 計算機仿真技術發展趨勢 9
1.5 MATLAB/Simulink下的控制系統仿真 10
1.5.1 MATLAB適合控制系統仿真的特點 10
1.5.2 Simulink適合控制系統仿真的特點 10
1.6 MATLAB中記紋紋控制相關的工具箱 11
1.7 Python中控制系統相關妹姜整斷的包 13
1.7.1 Python與MATLAB對比 14
1.7.2 Python的控制系統包 14
第2章 MATLAB計算基礎 15
2.1 引言 15
2.2 MATLAB概述 15
2.2.1 MATLAB發展歷程 15
2.2.2 MATLAB系統構成 16
2.2.3 MATLAB 常用工具箱 17
2.3 MATLAB桌面操作環境 17
2.3.1 MATLAB啟動和退出 17
2.3.2 MATLAB命令行視窗 18
2.3.3 MATLAB工作區 19
2.3.4 MATLAB檔案管理 20
2.3.5 MATLAB幫助使用 20
2.4 MATLAB數值計算 21
2.4.1 MATLAB數值類型 21
2.4.2 矩陣運算 23
2.5 關係運算和邏輯運算 26
2.6 符號運算 27
2.6.1 符號運算基礎 27
2.6.2 控制系統中常用的符號運算 28
2.7 複數和複變函數運算 29
2.7.1 複數運算基礎 29
2.7.2 拉普拉斯變換及反變換 32
2.7.3 Z變換及其反嚷盼連變換 33
2.8 MATLAB常用繪圖命令 35
2.9 MATLAB程式設計 38
2.9.1 MATLAB程式類型 38
2.9.2 MATLAB程式流程控制 39
2.9.3 MATLAB程式基本設計原則 41
第3章 Simulink仿真 42
3.1 引言 42
3.2 Simulink仿真概述 42
3.2.1 Simulink的啟動與退出 43
3.2.2 Simulink建模仿真 44
3.3 Simulink的模組庫簡介 46
3.3.1 Simulink模組庫分類 46
3.3.2 控制系統仿真中常用的模組 47
3.3.3 控制系統仿真中常用的Blockset 48
3.4 Simulink功能模組的處理 49
3.4.1 Simulink模組參數設定 49
3.4.2 Simulink模組的基本操作 50
3.4.3 Simulink模組間的連線處理 51
3.5 Simulink仿真設定 52
3.5.1 仿真器參數設定 52
3.5.2 工作空間數據導入/導出設定 55
3.6 Simulink仿真舉例 56
3.7 Simulink自定義功能模組 65
3.7.1 自定義功能模組的創建 65
3.7.2 自定義功能模組的封裝 65
3.8 S函式設計與套用 67
3.8.1 S函式設計模板 67
3.8.2 S函式設計舉例 69
第4章 控制系統數學模型 73
4.1 引言 73
4.2 動態過程微分方程描述 73
4.3 拉氏變換與控制系統模型 76
4.4 數學模型描述 78
4.4.1 傳遞函式模型 78
4.4.2 零極點形式的數學模型 79
4.4.3 狀態空間模型 80
4.5 MATLAB/Simulink在模型中的套用 80
4.5.1 多項式處理相關的函式 80
4.5.2 建立傳遞函式相關的函式 81
4.5.3 建立零極點形式的數學模型相關函式 82
4.5.4 建立狀態空間模型相關的函式 82
4.5.5 Simulink中的控制系統模型表示 83
4.5.6 Simulink中模型與狀態空間模型的轉化 84
4.5.7 套用實例 84
4.6 系統模型轉換及連線 88
4.6.1 模型轉換 88
4.6.2 模型連線 90
4.6.3 模型連線的MATLAB實現 91
4.7 非線性數學模型的線性化 93
4.8 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 94
習題 98
第5章 時域分析法 100
5.1 引言 100
5.2 時域回響分析 100
5.2.1 典型輸入 100
5.2.2 線性系統時域回響一般求法 102
5.2.3 時域回響性能指標 103
5.2.4 一階和二階系統的時域回響 104
5.2.5 高階系統的時域分析 108
5.3 MATLAB/Simulink在時域分析中的套用 110
5.3.1 時域分析中MATLAB函式的套用 110
5.3.2 時域回響性能指標求取 114
5.3.3 二階系統參數對時域回響性能的影響 117
5.3.4 改善系統時域回響性能的一些措施 120
5.3.5 LTI Viewer套用 124
5.4 穩定性分析 128
5.4.1 穩定性基本概念 128
5.4.2 穩定性判據 129
5.4.3 穩態誤差分析 132
5.4.4 MATLAB在穩定性分析中的套用 136
5.5 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 137
習題 145
第6章 根軌跡分析法 147
6.1 引言 147
6.2 根軌跡定義 147
6.3 根軌跡法基礎 148
6.3.1 幅值條件和相角條件 148
6.3.2 繪製根軌跡的一般法則 150
6.3.3 與根軌跡分析相關的MATLAB函式 152
6.3.4 根軌跡分析與設計工具rltool 154
6.3.5 利用MATLAB繪製根軌跡圖舉例 156
6.4 其他形式的根軌跡 160
6.4.1 正反饋系統的根軌跡 160
6.4.2 參數根軌跡 160
6.4.3 時滯系統的根軌跡 161
6.4.4 利用MATLAB繪製其他形式的根軌跡舉例 162
6.5 用根軌跡法分析系統的暫態特性 164
6.6 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 167
習題 170
第7章 頻域分析法 173
7.1 引言 173
7.2 頻率特性基本概念 173
7.2.1 頻率特性定義 174
7.2.2 頻域分析法的特點 174
7.2.3 頻域性能指標 175
7.3 頻率特性的表示方法 176
7.3.1 極坐標圖（Nyquist圖） 176
7.3.2 對數坐標圖（Bode圖） 176
7.3.3 對數幅相圖（Nichols圖） 177
7.3.4 典型環節的頻率特性 177
7.4 系統開環頻率特性作圖 180
7.4.1 開環對數頻率特性作圖 180
7.4.2 開環極坐標作圖 181
7.5 頻率回響分析 181
7.5.1 開環頻率特性的性能分析 181
7.5.2 閉環頻率特性的性能分析 183
7.6 MATLAB在頻率法中的套用 187
7.6.1 求取和繪製頻率回響曲線相關的函式 187
7.6.2 套用實例 188
7.7 頻率法的穩定性分析 192
7.7.1 Nyquist穩定判據 192
7.7.2 穩定裕度 194
7.7.3 MATLAB在穩定性分析中的套用 196
7.8 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 199
習題 201
第8章 控制系統校正與綜合 203
8.1 引言 203
8.2 控制系統校正與綜合基礎 203
8.2.1 控制系統性能指標 203
8.2.2 控制系統校正概述 205
8.3 PID控制器設計及MATLAB/Simulink套用 206
8.3.1 PID控制器概述 206
8.3.2 比例（P）控制 207
8.3.3 比例微分（PD）控制 209
8.3.4 積分（I）控制 210
8.3.5 比例積分（PI）控制 211
8.3.6 比例積分微分（PID）控制 212
8.3.7 PID控制器參數整定 212
8.4 控制系統校正的根軌跡法 223
8.4.1 基於根軌跡法的超前校正 223
8.4.2 基於根軌跡法的滯後校正 224
8.4.3 基於根軌跡法的超前滯後校正 224
8.4.4 MATLAB/Simulink在根軌跡法校正中的套用 225
8.5 控制系統校正的頻率回響法 232
8.5.1 基於頻率法的超前校正 232
8.5.2 基於頻率法的滯後校正 233
8.5.3 MATLAB/Simulink在頻率回響法校正中的套用 233
8.6 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 238
習題 243
第9章 線性系統狀態空間分析 245
9.1 引言 245
9.2 線性系統狀態空間基礎 245
9.2.1 狀態空間基本概念 245
9.2.2 狀態空間實現 247
9.2.3 狀態空間的標準型 255
9.2.4 狀態方程求解 258
9.2.5 MATLAB/Simulink線上性系統狀態空間描述中的套用 264
9.3 線性系統的狀態可控性與狀態可觀性 269
9.3.1 狀態可控性 270
9.3.2 狀態可觀性 271
9.3.3 對偶系統和對偶原理 272
9.3.4 可控標準型和可觀標準型 273
9.3.5 MATLAB/Simulink在可控和可觀標準型中的套用 276
9.4 線性系統穩定性分析 280
9.4.1 穩定性分析基礎 280
9.4.2 李雅普諾夫穩定性分析 281
9.4.3 MATLAB/Simulink在李雅普諾夫穩定性分析中的套用 284
9.5 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 285
習題 288
第10章 線性系統狀態空間設計 291
10.1 引言 291
10.2 狀態反饋與極點配置 291
10.2.1 狀態反饋 292
10.2.2 輸出反饋 293
10.2.3 極點配置 294
10.2.4 MATLAB/Simulink在極點配置中的套用 296
10.3 狀態觀測器 300
10.3.1 狀態觀測器的基本概念 301
10.3.2 全維狀態觀測器 302
10.3.3 降維狀態觀測器 307
10.3.4 MATLAB/Simulink在狀態觀測器設計中的套用 310
10.4 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 311
習題 316
第11章 非線性系統 319
11.1 引言 319
11.2 非線性系統概述 319
11.2.1 非線性控制理論發展概況 319
11.2.2 典型非線性特性 320
11.2.3 Simulink中的非線性模組 322
11.3 相平面法 324
11.3.1 相平面法基礎知識 325
11.3.2 MATLAB/Simulink在相軌跡圖繪製中的套用 326
11.4 描述函式法 333
11.4.1 描述函式基本概念 333
11.4.2 描述函式定義 333
11.4.3 描述函式的計算 335
11.4.4 非線性系統的穩定性分析 336
11.5 MATLAB/Simulink在非線性系統分析中的套用 337
11.6 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 340
習題 345
第12章 離散控制系統 346
12.1 引言 346
12.2 離散控制系統基本概念 346
12.2.1 離散控制系統概述 346
12.2.2 離散信號的數學描述 348
12.3 離散控制系統的研究方法 351
12.3.1 線性連續與離散控制系統研究方法類比 352
12.3.2 MATLAB中的離散控制系統相關的函式 352
12.4 Z變換 353
12.4.1 離散信號的Z變換 353
12.4.2 Z變換與Z反變換常用方法 355
12.5 離散控制系統數學模型 358
12.5.1 離散系統時域數學模型 358
12.5.2 離散系統頻域數學模型 360
12.6 離散控制系統性能分析 366
12.6.1 穩定性分析 366
12.6.2 靜態誤差分析 367
12.6.3 動態特性分析 369
12.6.4 MATLAB/Simulink在離散系統性能分析中的套用 371
12.7 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 383
習題 388
第13章 最優控制系統 390
13.1 引言 390
13.2 最優控制問題的描述 390
13.3 線性二次型最優控制問題 391
13.4 MATLAB/Simulink線上性二次型最優控制中的套用 392
13.5 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 393
習題 397
參考文獻 399
2.3.5 MATLAB幫助使用 20
2.4 MATLAB數值計算 21
2.4.1 MATLAB數值類型 21
2.4.2 矩陣運算 23
2.5 關係運算和邏輯運算 26
2.6 符號運算 27
2.6.1 符號運算基礎 27
2.6.2 控制系統中常用的符號運算 28
2.7 複數和複變函數運算 29
2.7.1 複數運算基礎 29
2.7.2 拉普拉斯變換及反變換 32
2.7.3 Z變換及其反變換 33
2.8 MATLAB常用繪圖命令 35
2.9 MATLAB程式設計 38
2.9.1 MATLAB程式類型 38
2.9.2 MATLAB程式流程控制 39
2.9.3 MATLAB程式基本設計原則 41
第3章 Simulink仿真 42
3.1 引言 42
3.2 Simulink仿真概述 42
3.2.1 Simulink的啟動與退出 43
3.2.2 Simulink建模仿真 44
3.3 Simulink的模組庫簡介 46
3.3.1 Simulink模組庫分類 46
3.3.2 控制系統仿真中常用的模組 47
3.3.3 控制系統仿真中常用的Blockset 48
3.4 Simulink功能模組的處理 49
3.4.1 Simulink模組參數設定 49
3.4.2 Simulink模組的基本操作 50
3.4.3 Simulink模組間的連線處理 51
3.5 Simulink仿真設定 52
3.5.1 仿真器參數設定 52
3.5.2 工作空間數據導入/導出設定 55
3.6 Simulink仿真舉例 56
3.7 Simulink自定義功能模組 65
3.7.1 自定義功能模組的創建 65
3.7.2 自定義功能模組的封裝 65
3.8 S函式設計與套用 67
3.8.1 S函式設計模板 67
3.8.2 S函式設計舉例 69
第4章 控制系統數學模型 73
4.1 引言 73
4.2 動態過程微分方程描述 73
4.3 拉氏變換與控制系統模型 76
4.4 數學模型描述 78
4.4.1 傳遞函式模型 78
4.4.2 零極點形式的數學模型 79
4.4.3 狀態空間模型 80
4.5 MATLAB/Simulink在模型中的套用 80
4.5.1 多項式處理相關的函式 80
4.5.2 建立傳遞函式相關的函式 81
4.5.3 建立零極點形式的數學模型相關函式 82
4.5.4 建立狀態空間模型相關的函式 82
4.5.5 Simulink中的控制系統模型表示 83
4.5.6 Simulink中模型與狀態空間模型的轉化 84
4.5.7 套用實例 84
4.6 系統模型轉換及連線 88
4.6.1 模型轉換 88
4.6.2 模型連線 90
4.6.3 模型連線的MATLAB實現 91
4.7 非線性數學模型的線性化 93
4.8 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 94
習題 98
第5章 時域分析法 100
5.1 引言 100
5.2 時域回響分析 100
5.2.1 典型輸入 100
5.2.2 線性系統時域回響一般求法 102
5.2.3 時域回響性能指標 103
5.2.4 一階和二階系統的時域回響 104
5.2.5 高階系統的時域分析 108
5.3 MATLAB/Simulink在時域分析中的套用 110
5.3.1 時域分析中MATLAB函式的套用 110
5.3.2 時域回響性能指標求取 114
5.3.3 二階系統參數對時域回響性能的影響 117
5.3.4 改善系統時域回響性能的一些措施 120
5.3.5 LTI Viewer套用 124
5.4 穩定性分析 128
5.4.1 穩定性基本概念 128
5.4.2 穩定性判據 129
5.4.3 穩態誤差分析 132
5.4.4 MATLAB在穩定性分析中的套用 136
5.5 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 137
習題 145
第6章 根軌跡分析法 147
6.1 引言 147
6.2 根軌跡定義 147
6.3 根軌跡法基礎 148
6.3.1 幅值條件和相角條件 148
6.3.2 繪製根軌跡的一般法則 150
6.3.3 與根軌跡分析相關的MATLAB函式 152
6.3.4 根軌跡分析與設計工具rltool 154
6.3.5 利用MATLAB繪製根軌跡圖舉例 156
6.4 其他形式的根軌跡 160
6.4.1 正反饋系統的根軌跡 160
6.4.2 參數根軌跡 160
6.4.3 時滯系統的根軌跡 161
6.4.4 利用MATLAB繪製其他形式的根軌跡舉例 162
6.5 用根軌跡法分析系統的暫態特性 164
6.6 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 167
習題 170
第7章 頻域分析法 173
7.1 引言 173
7.2 頻率特性基本概念 173
7.2.1 頻率特性定義 174
7.2.2 頻域分析法的特點 174
7.2.3 頻域性能指標 175
7.3 頻率特性的表示方法 176
7.3.1 極坐標圖（Nyquist圖） 176
7.3.2 對數坐標圖（Bode圖） 176
7.3.3 對數幅相圖（Nichols圖） 177
7.3.4 典型環節的頻率特性 177
7.4 系統開環頻率特性作圖 180
7.4.1 開環對數頻率特性作圖 180
7.4.2 開環極坐標作圖 181
7.5 頻率回響分析 181
7.5.1 開環頻率特性的性能分析 181
7.5.2 閉環頻率特性的性能分析 183
7.6 MATLAB在頻率法中的套用 187
7.6.1 求取和繪製頻率回響曲線相關的函式 187
7.6.2 套用實例 188
7.7 頻率法的穩定性分析 192
7.7.1 Nyquist穩定判據 192
7.7.2 穩定裕度 194
7.7.3 MATLAB在穩定性分析中的套用 196
7.8 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 199
習題 201
第8章 控制系統校正與綜合 203
8.1 引言 203
8.2 控制系統校正與綜合基礎 203
8.2.1 控制系統性能指標 203
8.2.2 控制系統校正概述 205
8.3 PID控制器設計及MATLAB/Simulink套用 206
8.3.1 PID控制器概述 206
8.3.2 比例（P）控制 207
8.3.3 比例微分（PD）控制 209
8.3.4 積分（I）控制 210
8.3.5 比例積分（PI）控制 211
8.3.6 比例積分微分（PID）控制 212
8.3.7 PID控制器參數整定 212
8.4 控制系統校正的根軌跡法 223
8.4.1 基於根軌跡法的超前校正 223
8.4.2 基於根軌跡法的滯後校正 224
8.4.3 基於根軌跡法的超前滯後校正 224
8.4.4 MATLAB/Simulink在根軌跡法校正中的套用 225
8.5 控制系統校正的頻率回響法 232
8.5.1 基於頻率法的超前校正 232
8.5.2 基於頻率法的滯後校正 233
8.5.3 MATLAB/Simulink在頻率回響法校正中的套用 233
8.6 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 238
習題 243
第9章 線性系統狀態空間分析 245
9.1 引言 245
9.2 線性系統狀態空間基礎 245
9.2.1 狀態空間基本概念 245
9.2.2 狀態空間實現 247
9.2.3 狀態空間的標準型 255
9.2.4 狀態方程求解 258
9.2.5 MATLAB/Simulink線上性系統狀態空間描述中的套用 264
9.3 線性系統的狀態可控性與狀態可觀性 269
9.3.1 狀態可控性 270
9.3.2 狀態可觀性 271
9.3.3 對偶系統和對偶原理 272
9.3.4 可控標準型和可觀標準型 273
9.3.5 MATLAB/Simulink在可控和可觀標準型中的套用 276
9.4 線性系統穩定性分析 280
9.4.1 穩定性分析基礎 280
9.4.2 李雅普諾夫穩定性分析 281
9.4.3 MATLAB/Simulink在李雅普諾夫穩定性分析中的套用 284
9.5 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 285
習題 288
第10章 線性系統狀態空間設計 291
10.1 引言 291
10.2 狀態反饋與極點配置 291
10.2.1 狀態反饋 292
10.2.2 輸出反饋 293
10.2.3 極點配置 294
10.2.4 MATLAB/Simulink在極點配置中的套用 296
10.3 狀態觀測器 300
10.3.1 狀態觀測器的基本概念 301
10.3.2 全維狀態觀測器 302
10.3.3 降維狀態觀測器 307
10.3.4 MATLAB/Simulink在狀態觀測器設計中的套用 310
10.4 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 311
習題 316
第11章 非線性系統 319
11.1 引言 319
11.2 非線性系統概述 319
11.2.1 非線性控制理論發展概況 319
11.2.2 典型非線性特性 320
11.2.3 Simulink中的非線性模組 322
11.3 相平面法 324
11.3.1 相平面法基礎知識 325
11.3.2 MATLAB/Simulink在相軌跡圖繪製中的套用 326
11.4 描述函式法 333
11.4.1 描述函式基本概念 333
11.4.2 描述函式定義 333
11.4.3 描述函式的計算 335
11.4.4 非線性系統的穩定性分析 336
11.5 MATLAB/Simulink在非線性系統分析中的套用 337
11.6 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 340
習題 345
第12章 離散控制系統 346
12.1 引言 346
12.2 離散控制系統基本概念 346
12.2.1 離散控制系統概述 346
12.2.2 離散信號的數學描述 348
12.3 離散控制系統的研究方法 351
12.3.1 線性連續與離散控制系統研究方法類比 352
12.3.2 MATLAB中的離散控制系統相關的函式 352
12.4 Z變換 353
12.4.1 離散信號的Z變換 353
12.4.2 Z變換與Z反變換常用方法 355
12.5 離散控制系統數學模型 358
12.5.1 離散系統時域數學模型 358
12.5.2 離散系統頻域數學模型 360
12.6 離散控制系統性能分析 366
12.6.1 穩定性分析 366
12.6.2 靜態誤差分析 367
12.6.3 動態特性分析 369
12.6.4 MATLAB/Simulink在離散系統性能分析中的套用 371
12.7 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 383
習題 388
第13章 最優控制系統 390
13.1 引言 390
13.2 最優控制問題的描述 390
13.3 線性二次型最優控制問題 391
13.4 MATLAB/Simulink線上性二次型最優控制中的套用 392
13.5 綜合實例及MATLAB/Simulink套用 393
習題 397
參考文獻 399
