Scilab语言与控制系统的仿真分析

本系列图书有如下特点： 1.普适性强。无论是否使用过Scilab，均能按照本书中所述步骤完成所需的应用。 2.可读性强。图文并茂，以实用性说明为主，在论述基本操作时配合实际应用介绍。 3.参考性高。在软件的安装、基本使用、高级进阶和应用等方面详细介绍。 4.操作性强。配有相应的实践课程指南。 5.指导性高。本书总结了常见问题的解决方法。 6.站在读者角度，教材内配有适量的练习题。

Scilab非常适于科学计算、控制系统分析、数字信号处理以及数字图像处理等领域,而且它是开源、免费的。本书介绍将Scilab语言应用于控制系统仿真与分析的方法,共分9章。第1章介绍Scilab软件并引出控制系统的概念。第2、3章分别从Scilab使用和控制系统的角度介绍必要的数学基础。第4章着重于传递函数的概念及其Scilab的仿真。第5、6章分别在时域和频域对控制系统的响应、动态性能和稳定性进行仿真与分析。第7～9章是现代控制理论部分,分别介绍了状态空间表达式的计算、状态的能控性与能观测性,以及状态反馈下的极点配置和带观测器的状态反馈系统的设计。本书可供相关领域的工程技术人员、科研工作者参考和自学,也非常适于作高等理工科院校自动控制及相关专业本科生或研究生教材。

第1章Scilab软件与控制系统仿真1
1.1Scilab软件1
1.2控制系统简介2
1.3反馈在控制系统中的重要性4
1.4经典控制理论和现代控制理论6
1.5Scilab在控制系统中的仿真应用7
第2章Scilab的安装与基本操作9
2.1Scilab的安装10
2.2Scilab的启动12
2.3基本运算和说明15
2.4特殊字符的使用18
2.5向量与矩阵20
2.6多项式的使用23
2.7使用Scilab程序编辑器24
2.8Scilab的绘图功能25
2.9本章小结30
第3章Scilab中控制系统的数学基础32
3.1Scilab中复数的表示与计算32
3.2拉普拉斯变换与反变换34
3.2.1拉普拉斯变换及其基本性质35
3.2.2Scilab中的拉普拉斯反变换37
3.3Scilab中系统的特征向量与特征值43
3.3.1控制系统的稳定性43
3.3.2Scilab中的特征向量与特征值求解45
3.4本章小结48
第4章Scilab中控制系统的传递函数50
4.1传递函数的基本概念50
4.2控制系统结构图的三种基本连接方式51
4.3求取实际系统的传递函数57
4.3.1电气系统的传递函数57
4.3.2机械系统的传递函数58
4.3.3扭摆系统的传递函数59
4.4用Scilab处理典型环节的传递函数60
4.5本章小结69
第5章Scilab中控制系统的时域分析71
5.1用Scilab分析控制系统的时域响应71
5.1.1一阶系统的响应72
5.1.2二阶系统的响应73
5.2用Scilab分析极点和零点对系统性能的影响79
5.2.1极点对系统性能的影响80
5.2.2零点对系统性能的影响86
5.3Scilab中的劳斯稳定判据88
5.3.1劳斯稳定判据的步骤88
5.3.2用Scilab进行劳斯稳定性分析91
5.4本章小结95
第6章Scilab中控制系统的频域分析97
6.1频域分析基础97
6.2用Scilab求正弦输入的系统输出99
6.3用Scilab绘制极坐标图101
6.3.1用Scilab绘制典型环节的极坐标图101
6.3.2用Scilab分析相位的超前与滞后103
6.4用Scilab绘制伯德图106
6.4.1用Scilab绘制典型环节的伯德图106
6.4.2用Scilab分析系统的相位特性107
6.5Scilab中的奈奎斯特稳定判据110
6.5.1奈奎斯特稳定判据110
6.5.2用Scilab绘制奈奎斯特曲线110
6.6用Scilab计算系统的稳定裕度116
6.7本章小结120
第7章Scilab中控制系统的状态空间表达式122
7.1现代控制理论基础122
7.2用Scilab求解状态空间方程126
7.3用Scilab求解系统状态空间表达式的特征标准型130
7.3.1对角标准型133
7.3.2约当（Jordan）标准型135
7.4本章小结137
第8章Scilab中控制系统的能控性与能观测性139
8.1系统的能控性判据140
8.1.1Scilab中的能控性分析141
8.1.2状态能控性的标准型判据142
8.2系统的能观测性判据146
8.2.1Scilab中的能观测性分析146
8.2.2状态能观测性的标准型判据148
8.3本章小结152
第9章Scilab中控制系统的状态反馈与状态观测器154
9.1系统的状态反馈和极点配置154
9.1.1状态反馈和极点配置155
9.1.2利用Scilab完成状态反馈下的极点配置156
9.2系统的状态观测器158
9.3利用Scilab完成带观测器的状态反馈系统设计161
9.4本章小结165
参考文献167