MATLAB在自動化工程中的應用

目 錄
序
前言
第1 章 MATLAB 的功能和基本應用 1
1.1 MATLAB R2016a 的工作環(huán)境 1
1.1.1 MATLAB R2016a 窗口界面 1
1.1.2 MATLAB R2016a 工具欄菜單 2
1.1.3 MATLAB R2016a 的主要功能 3
1.1.4 MATLAB 窗口常用操作命令 4
1.1.5 MATLAB 新建變量 5
1.2 MATLAB 語言基礎(chǔ) 5
1.2.1 變量命令規(guī)則 5
1.2.2 全局變量與數(shù)據(jù)類型 6
1.2.3 常用標點符號及功能 8
1.3 代數(shù)運算 9
1.3.1 MATLAB 的常量表示 9
1.3.2 基本運算 9
1.3.3 數(shù)學函數(shù) 13
1.3.4 轉(zhuǎn)換函數(shù) 16
1.3.5 字符串操作函數(shù) 17
1.3.6 判斷數(shù)據(jù)類型函數(shù) 17
1.3.7 文件操作函數(shù) 18
1.3.8 常用特殊矩陣 19
1.3.9 句柄函數(shù) 20
1.3.10 數(shù)組表示 21
1.4 多項式處理 23
1.4.1 多項式的四則運算 23
1.4.2 多項式求根 24
1.4.3 多項式求導 24
1.4.4 多項式求解 25
1.5 空間向量表示 26
1.5.1 用線性等間距生成向量矩陣 26
1.5.2 線性及對數(shù)空間表示 26
1.6 邏輯函數(shù) 27
1.6.1 查找函數(shù) 27
1.6.2 測試向量函數(shù) 28
1.7 符號運算 28
1.7.1 符號變量表示 29
1.7.2 常用符號運算 31
1.7.3 求解符號方程 33
1.7.4 傅里葉變換與反變換 36
1.7.5 拉普拉斯變換與反變換 37
1.7.6 Z 變換與Z 反變換 37
1.7.7 符號極限 38
1.7.8 符號導數(shù) 38
1.7.9 符號積分 39
1.7.10 級數(shù) 40
1.8 插值運算 41
第2 章 MATLAB 程序設計 45
2.1 數(shù)據(jù)的輸入和輸出 45
2.1.1 數(shù)據(jù)輸入 45
2.1.2 數(shù)據(jù)輸出 46
2.2 程序結(jié)構(gòu) 47
2.2.1 順序結(jié)構(gòu) 47
2.2.2 選擇結(jié)構(gòu) 48
2.2.3 循環(huán)結(jié)構(gòu) 52
2.2.4 try 語句 57
2.3 M 文件 58
2.3.1 腳本文件與函數(shù)文件 58
2.3.2 函數(shù)文件的使用 59
2.4 文件操作 60
2.4.1 文件的打開 61
2.4.2 二進制文件的讀寫 61
2.4.3 文件的關(guān)閉 62
2.4.4 文本文件的讀寫 63
2.4.5 文件定位和文件狀態(tài) 65
2.4.6 按行讀取數(shù)據(jù) 66
第3 章 MATLAB 的靜態(tài)與動態(tài)繪圖功能 67
3.1 二維繪圖功能 67
3.1.1 繪制一般函數(shù)曲線 67
3.1.2 圖形對象及其句柄 71
3.1.3 繪制對數(shù)坐標圖 74
3.1.4 繪制特殊二維圖形函數(shù)曲線 75
3.1.5 繪制符號函數(shù)曲線 76
3.2 三維繪圖功能 79
3.2.1 繪制三維空間曲線 79
3.2.2 繪制網(wǎng)格矩陣 80
3.2.3 繪制常用三維圖形 81
3.2.4 繪制三維曲面圖 83
3.2.5 特殊三維立體圖 87
3.2.6 圖形顏色的修飾 90
3.2.7 色彩的渲染 91
3.3 創(chuàng)建動畫過程 92
3.3.1 三維圖形不同姿態(tài) 92
3.3.2 動畫函數(shù) 93
3.3.3 創(chuàng)建動畫步驟 94
3.4 圖像動畫 98
3.4.1 圖像文件操作 98
3.4.2 播放電影動畫 98
3.4.3 電影動畫文件保存 99
第4 章 MATLAB 在時域分析中的應用 101
4.1 傳遞函數(shù)的建立方法及形式轉(zhuǎn)換 101
4.1.1 自動控制理論中常用傳遞函數(shù)的表示 101
4.1.2 傳遞函數(shù)的形式轉(zhuǎn)換 105
4.1.3 多項式傳遞函數(shù)分解 108
4.2 框圖化簡 109
4.2.1 串聯(lián)結(jié)構(gòu) 109
4.2.2 并聯(lián)結(jié)構(gòu) 110
4.2.3 反饋結(jié)構(gòu) 111
4.2.4 復雜結(jié)構(gòu) 112
4.3 二階系統(tǒng)階躍響應 114
4.3.1 典型二階系統(tǒng) 114
4.3.2 階躍響應曲線 115
4.3.3 計算二階系統(tǒng)特征參數(shù) 117
4.4 提高系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的方法 121
4.4.1 微分反饋 121
4.4.2 串聯(lián)比例微分環(huán)節(jié) 121
4.5 高階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 123
4.5.1 特征方程的根對穩(wěn)定性的影響 123
4.5.2 使用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性 124
4.5.3 系統(tǒng)零極點對穩(wěn)定性的影響 127
4.5.4 系統(tǒng)增益對穩(wěn)定性的影響 129
4.5.5 控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計算 131
第5 章 MATLAB 在頻域及根軌跡分析的應用 136
5.1 頻域分析法 136
5.1.1 繪制伯德圖 136
5.1.2 繪制奈奎斯特曲線 140
5.1.3 繪制尼柯爾斯圖 142
5.1.4 控制系統(tǒng)頻域設計 142
5.2 頻域法校正設計 146
5.2.1 頻域法超前校正 147
5.2.2 頻域法滯后校正 151
5.2.3 頻域法超前-滯后校正 156
5.3 繪制根軌跡 160
5.3.1 繪制根軌跡的基本規(guī)則 160
5.3.2 根軌跡函數(shù) 161
5.3.3 使用根軌跡確定閉環(huán)特征根 162
5.3.4 使用根軌跡判定系統(tǒng)穩(wěn)定性 163
5.3.5 繪制指定參數(shù)根軌跡 164
5.3.6 繪制零度根軌跡 164
5.4 根軌跡法校正設計 165
5.4.1 根軌跡校正的作用 165
5.4.2 根軌跡超前校正 166
5.4.3 根軌跡滯后校正 170
第6 章 MATLAB 在狀態(tài)空間分析中的應用 174
6.1 極點配置與狀態(tài)反饋 174
6.1.1 基本概念 174
6.1.2 極點配置的條件 175
6.1.3 極點配置的原理方法 176
6.1.4 系統(tǒng)的可控性與可觀測性 177
6.1.5 極點配置 179
6.2 最優(yōu)二次型設計 191
6.2.1 連續(xù)系統(tǒng)最優(yōu)二次型設計 191
6.2.2 離散系統(tǒng)最優(yōu)二次型設計 193
6.2.3 對輸出加權(quán)的最優(yōu)二次型設計 195
6.2.4 Kalman 濾波器 196
第7 章 Simulink 在自動控制理論中的仿真 200
7.1 Simulink 仿真模型及參數(shù)設置 200
7.1.1 基本模塊 200
7.1.2 模塊的參數(shù)和屬性設置 205
7.2 Simulink 仿真命令 207
7.2.1 運行命令 207
7.2.2 線性化處理命令 207
7.2.3 構(gòu)建模型命令 207
7.2.4 輸入?輸出操作命令 212
7.3 六種典型環(huán)節(jié)仿真分析 213
7.3.1 比例環(huán)節(jié)特性 213
7.3.2