MATLAB/Simulink控制系统仿真

本书介绍了 MATLAB/Simulink的主要功 能及其在控制理论中的应用 。全书共分17章，第1～4 章介绍了MATLAB的程序设 计、常用功能及其相关函数 ，Simulink的操作方法，控 制系统的基本概念与控制系 统仿真的基本原理，重点叙 述了仿真中常用的M函数和 S函数在Simulink软件中仿 真的实现方法；第5章介绍 了控制系统中常用模型的建 立、转换与仿真实现；第6 ～12章介绍了 MATLAB/Simulink在自动控 制原理、离散控制理论、非 线性系统初步分析、现代控 制理论课程中的应用；第13 ～17章介绍了状态反馈控制 器、状态观测器、卡尔曼滤 波器、最优控制器、智能控 制算法在控制理论中的应用 ，以及常见先进控制器的基 本概念、常用设计方法。本 书内容条理清晰，详略得当 ，通过大量的实例突出实践 性，通过理论联系实际突出 实用性。 本书可以作为自动化类 、电子信息类专业控制系统 仿真课程的教材，还可以作 为自动控制理论，离散控制 理论现代控制理论，先进控 制理论课程的辅助教材，书 中的综合实例可供相关课程 设计、毕业设计参考之用， 对于自动化行业的工程技术 人员也具有一定的参考价值 。

第1章 MATLAB基础 1.1 MATLAB概述 1.1.1 MATLAB发展历程 1.1.2 MATLAB系统构成 1.1.3 MATLAB常用工具箱 1.2 MATLAB桌面操作环境 1.2.1 MATLAB启动和退出 1.2.2 MATLAB主菜单及功能 1.2.3 MATLAB命令窗口 1.2.4 MATLAB工作空间 1.2.5 MATLAB文件管理 1.2.6 MATLAB帮助使用 1.3 数据结构及其运算 1.3.1 数据类型 1.3.2 数组 1.3.3 数组操作 1.3.4 数组运算与矩阵运算 1.3.5 多项式 1.3.6 关系运算、逻辑运算和运算符 1.3.7 字符串数组 1.3.8 结构体数组 1.3.9 细胞数组 1.4 数据的可视化 1.4.1 数据可视化基础 1.4.2 二维图形 1.4.3 三维图形 1.4.4 动态图的绘制 1.5 M文件和程序设计 1.5.1 程序控制语句及其编程 1.5.2 命令文件和函数文件 1.5.3 字符串的求值 1.5.4 程序性能优化 1.5.5 面向对象的编程方法 1.6 数值计算 1.6.1 矩阵运算 1.6.2 函数的数值解 1.6.3 数据拟合 1.6.4 插值和样条 1.6.5 常微分方程的数值解 1.7 符号计算 1.7.1 符号对象及其表达方式 1.7.2 符号算术运算 1.7.3 独立变量与表达式化简 1.7.4 符号微积分运算 1.7.5 符号积分变换 1.7.6 方程的解析解 习题 第2章 控制系统基本概念与仿真概述 2.1 控制系统的基本概念 2.1.1 开环控制系统与闭环控制系统 2.1.2 闭环控制系统组成结构 2.1.3 反馈控制系统性能指标 2.2 自动控制系统分类 2.2.1 线性系统和非线性系统 2.2.2 离散系统和连续系统 2.2.3 恒值系统、随动系统和程序控制系统 2.3 控制系统仿真基本概念 2.3.1 计算机仿真基本概念 2.3.2 控制系统仿真 2.3.3 控制系统计算机仿真基本过程 2.3.4 计算机仿真技术发展趋势 2.4 MATLAB中控制相关的工具箱 习题 第3章 Simulink基础 3.1 Simulink简介 3.1.1 Simulink的特点 3.1.2 Simulink的工作环境 3.1.3 Simulink仿真基本步骤 3.2 模型的创建 3.2.1 模型概念和文件操作 3.2.2 模块操作 3.2.3 信号线操作 3.2.4 对模型的注释 3.2.5 常用的信源 3.2.6 常用的信宿 3.2.7 仿真的配置 3.2.8 启动仿真 3.3 子系统与封装 3.4 Simulink仿真示例 习题 第4章 M函数与S函数的Simulink仿真设计 4.1 M函数的概念与仿真示例 4.2 S函数的概念与仿真示例 4.2.1 S函数的概念与模板函数使用 4.2.2 S函数的仿真示例 习题 第5章 控制系统的数学建模与仿真 5.1 时域建模方法及示例 5.2 频域建模方法及示例 5.3 常用模型的表示、转换及示例 5.4 神经网络建模及示例 5.5 参数辨识的最小二乘法及示例 5.6 闭环系统的参数辨识 习题 第6章 控制系统的时域分析与仿真 6.1 时域分析方法 6.2 时域分析仿真示例 6.3 基于状态空间模型的时域分析与仿真 习题 第7章 控制系统的根轨迹分析与仿真 7.1 根轨迹分析方法 7.2 根轨迹分析仿真示例 习题 第8章 控制系统的频域分析与仿真 8.1 频域分析方法 8.2 频域分析仿真示例 习题 第9章 控制系统的稳定性分析与仿真 9.1 稳定性分析方法 9.2 稳定性分析仿真示例 习题 第10章 离散控制系统的设计与仿真 10.1 离散控制系统的设计 10.1.1 基于等效连续系统的数字控制器设计 10.1.2 基于等效离散系统的数字控制器z域直接设计 10.1.3 数字PID控制器 10.1.4 分数阶PIλDμ控制器 10.1.5 数字滤波器设计 10.2 离散控制系统的仿真示例 习题 第11章 非线性系统的初步分析与仿真 11.1 典型的非线性特性 11.2 描述函数法 11.3 相平面法 11.4 非线性系统的仿真示例 习题 第12章 线性系统的能控性和能观性分析与仿真 12.1 系统的能控性概念与仿真 12.2 系统的能观性概念与仿真 12.3 系统的能控性、能观性标准结构分解与仿真 习题 第13章 状态反馈控制器设计与仿真 13.1 状态反馈控制器设计方法 13.2 状态反馈控制器的仿真示例 13.3 线性矩阵不等式的应用仿真示例 习题 第14章 状态观测器设计与仿真 14.1 状态观测器设计方法 14.2 状态观测器的仿真示例 14.3 微分器的作用与仿真 14.4 维纳滤波的原理与仿真 14.5 卡尔曼滤波的原理与仿真 习题 第15章 最优控制器设计与仿真 15.1 最优控制器设计方法 15.2 最优控制器的仿真示例 习题 第16章 控制理论中的智能优化算法与仿真 16.1 常见的智能优化算法 16.2 智能优化算法在PID控制器参数寻优中的应用仿真