控制系统分析与应用(基于MATLAB\Simulink的仿真与实现)/科学与工程计算技术丛书

本书以MATLAB R2023b 为仿真平台，以自动控制系 统为主线，以MATLAB为辅 助工具，系统介绍了被控对 象的稳定性和控制系统的优 化设计，力求解决自动化及 工程应用问题。主要内容包 括MATLAB概述、程序设计 基础、数值计算、图像绘制 、Simulink仿真，自动控制 系统的时域、频域和根轨迹 分析，以及PID控制器的设 计。 本书可作为高等院校控 制工程、通信工程、机械设 计、电子信息等专业的教学 用书，也可作为相关领域的 研究人员和工程技术人员的 参考用书。

周振超，研究生毕业，2009年4月在辽宁科技学院自动化教研室工作至今，一直担任《MATLAB仿真技术》、《自动控制原理》、《控制工程数学基础》的教学。主编《变频器原理及实训》一书， 清华大学出版社， 2023年12月， 高等院校电子信息应用型规划教材，参与主编《物联网通信技术》一书， 清华大学出版社， 2016年1月，全国普通高校物联网工程专业规划教材，主编《自动控制原理》，电子工业出版社，2022年1月。

第1章 MATLAB概述 1.1 MATLAB简介 1.1.1 MATLAB的发展 1.1.2 MATLAB的优点 1.1.3 MATLAB的缺点 1.1.4 MATLAB应用程序 1.2 MATLAB工作环境 1.2.1 选项卡 1.2.2 命令行窗口 1.2.3 工作区窗口 1.2.4 MATLAB帮助系统 1.3 MATLAB通用命令 1.3.1 常用命令 1.3.2 输入内容的编辑 1.3.3 标点 本章习题 第2章 MATLAB程序设计基础 2.1 MATLAB语言基础 2.1.1 MATLAB语言的变量 2.1.2 MATLAB语言的常量 2.1.3 MATLAB语言的数据类型 2.1.4 MATLAB语言的运算符 2.2 MATLAB数组 2.2.1 数组的创建 2.2.2 数组的基本运算 2.3 MATLAB矩阵 2.3.1 矩阵的创建 2.3.2 特殊矩阵的创建 2.3.3 冒号的作用 2.3.4 矩阵的运算 2.4 MATLAB基本运算 2.4.1 算术运算 2.4.2 关系运算 2.4.3 逻辑运算 2.5 MATLAB程序设计 2.5.1 M文件 2.5.2 MATLAB的程序结构 本章习题 第3章 MATLAB的数值计算 3.1 多项式 3.1.1 多项式的运算 3.1.2 多项式的值和根 3.1.3 多项式部分分式展开 3.1.4 多项式的微分和积分 3.1.5 多项式曲线拟合 3.2 方程式 3.2.1 代数方程及代数方程组的求解 3.2.2 微分方程及微分方程组的求解 本章习题 第4章 MATLAB的图像绘制 4.1 二维图形 4.1.1 基本二维图形 4.1.2 图形格式与标注 4.1.3 二维专用图形 4.2 三维图形 4.2.1 基本三维曲线图形 4.2.2 基本三维曲面图形 4.2.3 三维专用图形 4.3 图形界面 4.3.1 图形窗口编辑 4.3.2 图形窗口设计 4.3.3 图形修饰 本章习题 第5章 Simulink仿真 5.1 Simulink操作基础 5.1.1 Simulink的启动与退出 5.1.2 Simulink常用模块库 5.2 仿真模型的建立 5.2.1 模块库的选择 5.2.2 模块的操作 5.2.3 模块的连接 5.2.4 模块的参数设置 5.3 系统仿真实例 5.4 子系统的创建与封装 5.4.1 子系统的创建 5.4.2 子系统的封装 5.5 S函数设计与应用 5.5.1 S函数的基本结构 5.5.2 S函数设计举例 本章习题 第6章 控制系统数学模型及其MATLAB描述 6.1 拉普拉斯变换及其MATLAB描述 6.1.1 拉普拉斯变换 6.1.2 拉普拉斯反变换 6.2 传递函数建立及其MATLAB描述 6.2.1 多项式传递函数模型 6.2.2 零极点传递函数模型 6.2.3 状态空间模型 6.2.4 传递函数各形式的相互转换 6.2.5 部分分式展开描述 6.3 动态结构图化简 6.3.1 串联结构 6.3.2 并联结构 6.3.3 反馈结构 6.3.4 复杂结构 本章习题 第7章 MATLAB在控制系统中的时域分析 7.1 控制系统时域分析 7.1.1 时域分析函数及性能指标 7.1.2 系统阶跃响应 7.2 标准二阶系统模型及其MATLAB描述 7.2.1 二阶系统时域分析 7.2.2 二阶系统特征参数对时域响应性能的影响 7.2.3 二阶系统特征参数的获取 7.2.4 高阶系统阶跃响应 7.3 高阶系统的稳定性分析 7.3.1 特征方程的根对稳定性的影响 7.3.2 使用劳斯判据分析系统稳定性 7.3.3 系统开环增益对稳定性的影响 本章习题 第8章 MATLAB在控制系统中的根轨迹分析 8.1 根轨迹的绘制与分析 8.1.1 绘制根轨迹的基本法则 8.1.2 根轨迹的MATLAB函数 8.1.3 绘制常规根轨迹 8.1.4 计算根轨迹增益 8.1.5 利用根轨迹判断分析系统的稳定性 8.2 其他形式根轨迹及根轨迹设计 8.2.1 零度根轨迹 8.2.2 参数根轨迹 8.2.3 根轨迹设计工具 本章习题 第9章 MATLAB在控制系统中的频域分析 9.1 频域分析相关知识点回顾 9.2 频率特性. 9.3 绘制Nyquist图 9.3.1 Nyquist图的绘制规则 9.3.2 Nyquist图的修饰 9.4 绘制Bode图 9.4.1 Bode图的绘制规则 9.4.2 Bode图的修饰 9.5 频域分析性能指标 本章习题 第10章 MATLAB在PID控制器中的应用 10.1 PID控制器 10.1.1 比例(P)控制器 10.1.2 比例-积分(PI)控制器 10.1.3 比例-微分(PD)控制器 10.1.4 比例-积分-微分(PID)控制器 10.2 PID控制器的设计与校正 10.2.1 基于Simulink的设计与校正 10.2.2 基于MATLAB的设计与校正 本章习题 参考文献