基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真及應(yīng)用（第2版）

第1章 MATLAB應(yīng)用基礎(chǔ) 1

1．1 MATLAB簡(jiǎn)介 1

1．1．1 操作界面介紹 2

1．1．2 幫助系統(tǒng) 4

1．1．3 工具箱 6

1．2 MATLAB基本使用方法 12

1．2．1 基本要素 12

1．2．2 應(yīng)用基礎(chǔ) 14

1．2．3 數(shù)值運(yùn)算 18

1．2．4 符號(hào)運(yùn)算 22

1．2．5 圖形表達(dá)功能 25

1．2．6 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 33

習(xí)題1 37

第2章 基于MATLAB的控制系統(tǒng)

數(shù)學(xué)模型 39

2．1 數(shù)學(xué)模型的建立 39

2．1．1 傳遞函數(shù)模型 39

2．1．2 狀態(tài)空間模型 41

2．1．3 零極點(diǎn)增益模型 44

2．1．4 頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)模型 45

2．1．5 模型參數(shù)的獲取 46

2．2 數(shù)學(xué)模型的相互轉(zhuǎn)換 47

2．2．1 連續(xù)時(shí)間模型和離散時(shí)間模

型的相互轉(zhuǎn)換 47

2．2．2 傳遞函數(shù)模型和狀態(tài)空間模

型的相互轉(zhuǎn)換 48

2．2．3 傳遞函數(shù)模型和零極點(diǎn)增益

模型的相互轉(zhuǎn)換 49

2．2．4 狀態(tài)空間模型和零極點(diǎn)增益

模型的相互轉(zhuǎn)換 50

2．2．5 離散時(shí)間系統(tǒng)的重新采樣 52

2．3 數(shù)學(xué)模型的連接 60

2．3．1 串聯(lián)連接 60

2．3．2 并聯(lián)連接 61

2．3．3 反饋連接 62

習(xí)題2 63

第3章 基于MATLAB的控制系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析 65

3．1 零輸入響應(yīng)分析 65

3．2 脈沖輸入響應(yīng)分析 67

3．3 階躍輸入響應(yīng)分析 69

3．4 高階系統(tǒng)響應(yīng)分析 70

3．5 任意輸入響應(yīng)分析 75

3．6 根軌跡分析方法 77

3．7 控制系統(tǒng)的頻率特性 79

習(xí)題3 85

第4章 基于MATLAB的控制系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)性能分析 87

4．1 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 87

4．2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析 92

4．3 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析 97

習(xí)題4 102

第5章 基于MATLAB/Simulink的

控制系統(tǒng)建模與仿真 104

5．1 Simulink模塊庫(kù) 104

5．2 Simulink基本操作 113

5．3 Simulink建模與仿真 114

5．4 基于MATLAB/Simulink的非

線性系統(tǒng)自激振蕩的分析 126

習(xí)題5 134

第6章 基于MATLAB的控制系統(tǒng)

校正 136

6．1 PID控制器 136

6．2 超前校正 139

6．3 滯后校正 143

6．4 SISO設(shè)計(jì)工具 147

習(xí)題6 154

第7章 應(yīng)用實(shí)例1――汽車防抱死制

動(dòng)系統(tǒng)建模與控制仿真 157

7．1 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)模型 157

7．1．1 整車模型 157

7．1．2 輪胎模型 158

7．1．3 滑移率模型 159

7．1．4 單輪模型 160

7．2 基于單輪模型的Simulink

仿真 160

第8章 應(yīng)用實(shí)例2――車輛懸架系統(tǒng)

的建模和控制仿真 164

8．1 汽車懸架系統(tǒng)模型 164

8．1．1 汽車被動(dòng)懸架系統(tǒng)狀態(tài)方

程的建立 165

8．1．2 汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)狀態(tài)方

程的建立 165

8．2 懸架系統(tǒng)模型性能分析及仿真 166

8．2．1 穩(wěn)定性分析 166

8．2．2 脈沖響應(yīng) 167

8．2．3 鋸齒波響應(yīng) 169

8．2．4 正弦波響應(yīng) 170

8．2．5 白噪聲路面模擬輸入仿真 171

8．2．6 汽車懸架系統(tǒng)的對(duì)比分析

及評(píng)價(jià) 173

第9章 應(yīng)用實(shí)例3――汽車四輪轉(zhuǎn)向

控制系統(tǒng)仿真 175

9．1 四輪轉(zhuǎn)向車輛的動(dòng)力學(xué)模型 175

9．2 基于橫擺角速度反饋控制的

四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究 176

9．2．1 模型的建立 176

9．2．2 控制算法 177

9．2．3 基于MATLAB/Simulink仿真 178

9．2．4 操縱穩(wěn)定性分析 181

9．3 基于最優(yōu)控制的四輪轉(zhuǎn)向系

統(tǒng)研究 181

9．3．1 模型的建立 181

9．3．2 4WS系統(tǒng)的可控性和能觀

性分析 182

9．3．3 基于MATLAB仿真 182

第10章 MATLAB半實(shí)物仿真系統(tǒng) 186

10．1 MATLAB xPC半實(shí)物仿真

系統(tǒng) 186

10．1．1 MATLAB xPC半實(shí)物

仿真平臺(tái)架構(gòu) 186

10．1．2 在Simulink中搭建半

實(shí)物仿真系統(tǒng)框圖 193

10．2 用M語(yǔ)言編寫(xiě)的算法進(jìn)行

xPC半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)方法 196

10．2．1 S-Function模塊使用C代

碼進(jìn)行xPC半實(shí)物仿真的

框架 197

10．2．2 S-Function模塊使用RTW

工具箱生成C文件并內(nèi)部

調(diào)用 197

10．2．3 使用嵌入式MATLAB函數(shù)

進(jìn)行xPC半實(shí)物仿真方法 199

10．3 顯式模型預(yù)測(cè)控制算法xPC

半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn) 200

10．3．1 顯式模型預(yù)測(cè)控制xPC

半實(shí)物仿真平臺(tái)架構(gòu) 201

10．3．2 建立顯式模型預(yù)測(cè)控

制半實(shí)物仿真系統(tǒng)的

Simulink模型 202

10．3．3 顯式模型預(yù)測(cè)控制半實(shí)

物仿真系統(tǒng)控制效果 204

10．4 利用C-MEX混編技術(shù)實(shí)現(xiàn)在MATLAB環(huán)境下操作硬件 206

10．4．1 編寫(xiě)用于驅(qū)動(dòng)和操作硬

件的MEX文件 206

10．4．2 MEX文件的測(cè)試與應(yīng)用 210

第11章 應(yīng)用實(shí)例――三自由度直升機(jī)

系統(tǒng)半實(shí)物仿真與實(shí)時(shí)控制 214

11．1 Quanser三自由度直升機(jī)的

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型 214

11．2 三自由度直升機(jī)PID控制器

設(shè)計(jì) 217

11．3 三自由度直升機(jī)PID控制數(shù)

值仿真 218

11．4 三自由度直升機(jī)控制半實(shí)物

仿真與實(shí)時(shí)控制 222

11．5 三自由度直升機(jī)控制半實(shí)物

仿真實(shí)驗(yàn) 226

參考文獻(xiàn) 229