控制系统MATLAB仿真与应用

《控制系统MATLAB仿真与应用》从控制系统仿真的实际应用出发，在MATLAB语言基础上，系统讲述了控制系统计算机辅助设计的理论、方法及应用，主要内容分为三部分：MATLAB基础知识、控制系统分析与设计和综合应用实例。首先介绍了MATLAB 基础知识，包括概述、MATLAB程序设计基础与MATLAB 图形设计；然后着重阐述了控制系统数学模型及其MATLAB描述；介绍了控制系统分析与设计的基本控制理论与方法；在MATLAB平台下讲述了控制系统计算机辅助分析及设计； 在介绍Simulink基础上，阐述了控制系统Simulink仿真；后从不同角度给出了几个控制系统MATLAB仿真实例。《控制系统MATLAB仿真与应用》可作为高等院校电气信息类电气工程及其自动化、自动化等相关专业本科生和研究生的教材或参考书，也可作为从事控制理论与控制工程相关技术人员学习的参考用书。

前言
第1章概述
1.1控制系统计算机辅助设计概述
1.1.1控制系统概述
1.1.2控制系统计算机辅助设计的发展及应用
1.2MATLAB简介
1.2.1MATLAB安装与启动
1.2.2程序界面环境
1.2.3目录设置与文件管理
1.2.4Simulink仿真环境
1.3本章小结
1.4习题
第2章MATLAB程序设计基础
2.1基本数据
2.1.1变量定义与管理
2.1.2数组与矩阵运算
2.1.3胞元与结构
2.2基本运算
2.2.1矩阵运算
2.2.2多项式运算
2.2.3常用函数运算
2.2.4符号运算
2.3程序设计
2.3.1基本语法
2.3.2程序结构
2.3.3逻辑控制
2.4M函数与M文件
2.4.1M函数
2.4.2M文件
2.5程序调试
2.5.1调试环境设置
2.5.2调试基本方式
2.6基本文件操作
2.6.1高级文件操作
2.6.2低级文件操作
2.6.3import操作
2.7本章小结
2.8习题
第3章MATLAB图形设计
3.1二维图形
3.1.1基本二维图形
3.1.2图形格式与标注
3.1.3二维专用图形
3.2三维图形
3.2.1基本三维曲线图形
3.2.2基本三维曲面图形
3.2.3三维专用图形
3.3图形界面
3.3.1图形窗口编辑
3.3.2图形窗口设计
3.4本章小结
3.5习题
第4章控制系统数学模型及其MATLAB描述
4.1控制系统概述
4.1.1系统组成
4.1.2控制方式
4.1.3控制类型
4.1.4控制目标
4.2常用数学模型及MATLAB描述
4.2.1微分方程
4.2.2传递函数
4.2.3系统结构框图
4.2.4状态空间表达式
4.3基于MATLAB的数学模型转换
4.3.1传递函数各形式的相互转换
4.3.2传递函数与状态空间表达式相互转换
4.3.3相似变换
4.3.4最小实现
4.4本章小结
4.5习题
第5章控制系统计算机辅助分析
5.1基于MATLAB的稳定性分析
5.1.1时域法稳定性分析
5.1.2根轨迹法稳定性分析
5.1.3频域法稳定性分析
5.1.4李雅普诺夫法稳定性分析
5.2基于MATLAB的随动性分析
5.2.1时域法随动性分析
5.2.2根轨迹法随动性分析
5.2.3频域法随动性分析
5.3基于MATLAB的准确性分析
5.3.1稳态误差
5.3.2动态误差
5.4基于MATLAB的能控性与能观性分析
5.4.1能控性分析
5.4.2能观性分析
5.5本章小结
5.6习题
第6章控制系统计算机辅助设计
6.1控制系统设计的基本方法
6.1.1经典方法
6.1.2现代方法
6.2基于MATLAB的根轨迹设计
6.2.1根轨迹方程
6.2.2增益设计法
6.2.3补偿设计法
6.3基于MATLAB的频率特性设计
6.3.1相位超前法
6.3.2相位滞后法
6.3.3相位滞后-超前法
6.4基于MATLAB的PID控制器设计
6.4.1PID控制规律
6.4.2模拟PID控制法
6.4.3数字PID控制法
6.5基于MATLAB的状态反馈设计
6.5.1状态反馈
6.5.2极点配置法
6.5.3状态观测器
6.6基于MATLAB的二次型优化设计
6.6.1连续系统最优二次型
6.6.2离散系统最优二次型
6.6.3二次型最优调节器设计
6.7本章小结
6.8习题
第7章控制系统Simulink仿真
7.1Simulink仿真环境
7.1.1基本模块
7.1.2基本设置
7.2Simulink功能模块
7.2.1基本功能模块
7.2.2自定义功能模块
7.3SimulinkS函数
7.3.1S函数描述
7.3.2S函数设计
7.4控制系统Simulink仿真应用
7.4.1离散控制系统仿真
7.4.2连续控制系统仿真
7.5本章小结
7.6习题
第8章控制系统MATLAB仿真实例
8.1空调控制系统设计
8.1.1空调控制系统建模
8.1.2空调控制系统仿真
8.2锅炉内胆水温控制系统设计
8.2.1锅炉内胆温度数学模型建立
8.2.2锅炉内胆温度控制方案
8.2.3锅炉内胆水温控制系统仿真
8.3直流调速系统Simulink仿真设计
8.3.1直流调速系统设计
8.3.2比例积分控制的无静差直流调速系统数学建模
8.3.3直流调速系统Simulink仿真
8.4移动机器人SLAM设计
8.4.1基于EKF的SLAM方法
8.4.2移动机器人建模
8.4.3移动机器人EKF-SLAM仿真
8.5本章小结
附录MATLAB与C语言混合编程方法简介
参考文献

随着当今信息社会智能化的高速发展，自动控制的作用尤为突出，对自动控制技术及应用提出越来越高的要求。新的控制理论与方法需要借助计算机进行仿真与分析。在设计前期，利用仿真技术论证方案，进行经济技术比较，优选合理方案；在设计阶段，仿真技术可帮助设计人员优选系统结构，优化系统参数，以期获得系统最优品质和性能；在调试阶段，利用仿真技术分析系统响应与参数关系，指导调试工作，可以迅速完成调试任务；在运行阶段，利用仿真技术可以在不影响生产的条件下分析系统的工作状态，预防事故发生，寻求改进薄弱环节，以提高系统的性能和运行效率。 控制系统MATLAB仿真与应用课程作为电气信息类相关专业重要课程在国内外各高等院校普遍开设，在控制理论基础上，通过对MATLAB程序设计方法的学习，明确控制系统模型的描述方法，掌握控制系统及仿真的基本原理、算法和实现过程，已成为本科生、研究生、科研工作者必须掌握的基本技能之一。《控制系统MATLAB仿真与应用》适应新形势下控制系统及计算机仿真需求，注重系统性、逻辑性，将全书分为仿真基础、控制系统分析与设计、综合应用实例三个方面。利用MATLAB计算机辅助设计平台，将控制系统基本原理、分析设计方法与MATLAB仿真技术紧密衔接，力求通过仿真设计实例深入浅出地阐述控制系统理论方法；从控制系统的性能指标要求出发，将控制系统时域分析法、根轨迹分析法、频率特性分析法、状态空间分析法、串联校正设计法、状态反馈设计法、极点配置法等不同的分析设计方法融合，首次提出从稳定性、随动性、准确性指标角度讲述控制系统分析设计方法；以工程实际控制系统为背景，在应用实例的设计上，既注重了程序代码尽量简洁明了，又注重程序设计操作步骤的详尽，使读者能够按照步骤完成实例操作后，并根据自己的想法，举一反三，提高创新应用能力。MATLAB作为一种面向科学和工程计算的高级计算机语言，已成为国内外从事科学研究和工程设计不可缺少的工具软件。目前MATLAB仿真软件每年推出两个版本，已成为功能强大、界面形象、易于使用的仿真工具。《控制系统MATLAB仿真与应用》相关程序是在MATLAB R2015a版本上进行仿真验证的。 《控制系统MATLAB仿真与应用》由刘剑、袁帅、张凤等编写。第1章由张凤、李昌国完成，第2、3、7章由袁帅、尧晓、李思奇、毛红民完成，第4、5、6章由刘剑、赵悦、徐萌、马骏驰完成，第8章由路遥、李彤、李凌燕、宋昊霖完成，附录由袁帅、邢景怡完成。编者在各章编写中对相关程序全部进行了调试。刘剑、袁帅对全书进行了统稿。 在《控制系统MATLAB仿真与应用》编写过程中，查阅了大量资料，得到了很多同行的支持与帮助，在此一并表示衷心的感谢。由于编者水平有限，书中错误和不妥之处在所难免，敬请读者不吝指正。