MATLAB與控制系統(tǒng)仿真

緒論―教學(xué)與學(xué)習(xí)建議 - 1 -

第1章　控制系統(tǒng)仿真概述 - 4 -

1．1　系統(tǒng)仿真概述 - 4 -

1．2 MATLAB簡介 - 6 -

1．3 MATLAB基本操作 - 8 -

1．3．1 MATLAB R2014a的啟動 - 8 -

1．3．2 基本操作界面 - 8 -

1．4　MATLAB操作實(shí)例 - 12 -

課后習(xí)題1 - 14 -

第2章　MATLAB矩陣及其基本操作 - 15 -

2．1　矩陣及其操作 - 16 -

2．1．1　矩陣的創(chuàng)建 - 16 -

2．1．2　矩陣的屬性 - 17 -

2．1．3　創(chuàng)建特殊矩陣 - 17 -

2．1．4　矩陣操作 - 18 -

2．2　矩陣運(yùn)算 - 19 -

2．2．1　矩陣加、減運(yùn)算 - 19 -

2．2．2　矩陣的點(diǎn)運(yùn)算 - 19 -

2．2．3　矩陣乘運(yùn)算 - 20 -

2．2．4　矩陣的一些特殊運(yùn)算 - 21 -

2．3　多維矩陣及其操作 - 22 -

2．3．1　通過指定索引把二維矩陣擴(kuò)展為多維矩陣 - 22 -

2．3．2　使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)創(chuàng)建多維矩陣 - 23 -

2．3．3　使用cat函數(shù)進(jìn)行鏈接創(chuàng)建 - 23 -

2．4　結(jié)構(gòu)體和元胞數(shù)組 - 24 -

2．4．1　結(jié)構(gòu)體的創(chuàng)建 - 24 -

2．4．2　元胞數(shù)組 - 26 -

2．5　字符串 - 28 -

2．6　關(guān)系運(yùn)算 - 28 -

課后習(xí)題2 - 29 -

第3章　MATLAB數(shù)學(xué)運(yùn)算基礎(chǔ) - 30 -

3．1　矩陣的基本運(yùn)算 - 31 -

3．1．1　矩陣的逆 - 31 -

3．1．2　矩陣的特征值和特征向量 - 32 -

3．2　線性方程組的求解方法 - 32 -

3．3　多項(xiàng)式運(yùn)算 - 34 -

3．3．1　使用roots函數(shù)求多項(xiàng)式的根 - 34 -

3．3．2　使用conv函數(shù)進(jìn)行多項(xiàng)式乘運(yùn)算 - 35 -

3．3．3　使用deconv函數(shù)進(jìn)行多項(xiàng)式除運(yùn)算 - 35 -

3．3．4　多項(xiàng)式微分 - 36 -

3．4　多項(xiàng)式曲線擬合 - 36 -

3．5　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) - 37 -

課后習(xí)題3 - 42 -

第4章　M文件與MATLAB編程基礎(chǔ) - 43 -

4．1 MATLAB的M文件 - 43 -

4．1．1 M文件的創(chuàng)建和編輯 - 44 -

4．1．2　編輯器窗口說明 - 45 -

4．2 MATLAB控制語句 - 46 -

4．2．1 分支控制語句 - 46 -

4．2．2 循環(huán)控制語句 - 49 -

課后習(xí)題4 - 50 -

第5章　函數(shù)與外部數(shù)據(jù)操作 - 52 -

5．1 M文件（函數(shù)） - 52 -

5．1．1 函數(shù)類型 - 52 -

5．1．2 參數(shù)傳遞 - 55 -

5．2 外部數(shù)據(jù)操作 - 56 -

5．2．1 MATLAB的外部數(shù)據(jù)操作 - 57 -

5．2．2 使用窗口操作實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)讀取 - 58 -

5．2．3 MATLAB程序中獲取用戶輸入數(shù)據(jù) - 60 -

5．2．4 MATLAB程序中日期和時(shí)間的使用 - 61 -

課后習(xí)題5 - 62 -

第6章　MATLAB的繪圖及圖像處理 - 63 -

6．1 MATLAB的繪圖 - 63 -

6．1．1 二維圖形 - 65 -

6．1．2 三維圖形 - 79 -

6．2 MATLAB的圖像處理 - 86 -

6．2．1 顏色 - 86 -

6．2．2 光照效果 - 87 -

課后習(xí)題6 - 88 -

第7章　交互式仿真工具Simulink - 89 -

7．1 Simulink簡介 - 89 -

7．2　Simulink的模塊庫瀏覽界面 - 90 -

7．3 Simulink建模與仿真 - 95 -

7．3．1 Simulink建模與仿真的步驟 - 95 -

7．3．2 Simulink模塊的基本操作 - 96 -

7．3．3　Simulink仿真參數(shù)的設(shè)置 - 97 -

7．4 仿真結(jié)果的運(yùn)行、觀察和調(diào)試 - 101 -

7．4．1 使用菜單運(yùn)行仿真 - 102 -

7．4．2 使用命令進(jìn)行仿真 - 102 -

7．4．3 觀察并分析仿真結(jié)果 - 104 -

7．4．4　仿真的調(diào)試方法 - 106 -

7．5 Simulink的自定義功能模塊 - 108 -

課后習(xí)題7 - 108 -

第8章　控制系統(tǒng)模型的定義 - 110 -

8．1　自動控制系統(tǒng) - 111 -

8．1．1　開環(huán)控制與閉環(huán)控制 - 111 -

8．1．2　自動控制理論概要 - 112 -

8．1．3　自動控制系統(tǒng)中的術(shù)語和定義 - 112 -

8．2　控制系統(tǒng)仿真概述 - 113 -

8．2．1　建立數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)方法簡介 - 113 -

8．2．2 建立數(shù)學(xué)模型的方法 - 113 -

8．2．3 控制系統(tǒng)模型引言 - 114 -

8．3 模型的描述、生成與封裝 - 114 -

8．3．1 傳遞函數(shù)模型的描述（tf模型） - 114 -

8．3．2　零極點(diǎn)模型的描述（zpk模型） - 116 -

8．3．3 狀態(tài)空間模型的描述（ss模型） - 117 -

8．3．4　線性定常系統(tǒng)LTI模型的生成 - 117 -

8．4　控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換和連接 - 120 -

8．4．1　系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換 - 120 -

8．4．2 系統(tǒng)模型的連接 - 122 -

課后習(xí)題8 - 125 -

第9章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 - 127 -

9．1 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 - 128 -

9．1．1　直接判別法 - 129 -

9．1．2　繪制零極點(diǎn)圖進(jìn)行判斷 - 130 -

9．2　繪制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 - 131 -

9．2．1　階躍響應(yīng)函數(shù) - 132 -

9．2．2　脈沖響應(yīng)函數(shù) - 135 -

9．2．3 零輸入響應(yīng)函數(shù) - 137 -

9．2．4　輸入信號的產(chǎn)生及應(yīng)用 - 139 -

9．2．5　使用Simulink實(shí)現(xiàn)時(shí)域響應(yīng)分析 - 140 -

課后習(xí)題9 - 143 -

第10章 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 - 144 -

10．1 系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分析 - 145 -

10．2 MATLAB系統(tǒng)分析工具LTI Viewer - 156 -

10．3　控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 - 158 -

課后習(xí)題10 - 163 -

第11章　控制系統(tǒng)的根軌跡分析 - 165 -

11．1　根軌跡法基礎(chǔ) - 166 -

11．1．1　分析的基本原理 - 166 -

11．1．2　使用MATLAB函數(shù)繪制根軌跡圖 - 169 -

11．2　根軌跡法分析系統(tǒng) - 173 -

11．2．1　增加開環(huán)零極點(diǎn)對根軌跡的影響 - 173 -

11．2．2　利用根軌跡法分析系統(tǒng)的暫態(tài)特性 - 178 -

11．3　MATLAB在根軌跡分析中的綜合應(yīng)用(rltool) - 179 -

11．3．1　圖形界面工具rltool - 179 -

11．3．2　綜合應(yīng)用實(shí)例 - 182 -

課后習(xí)題11 - 185 -

第12章　控制系統(tǒng)的頻域分析 - 187 -

12．1　頻域分析法基礎(chǔ) - 187 -

12．1．1　分析的基本原理 - 187 -

12．1．2　頻率響應(yīng)和頻率特性 - 188 -

12．2　MATLAB頻域分析法―頻率特性圖 - 189 -

12．2．1　奈奎斯特圖的繪制 - 189 -

12．2．2　奈奎斯特圖判穩(wěn) - 190 -

12．2．3　伯德圖的繪制 - 192 -

12．3　系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度 - 195 -

12．3．1　幅值裕度和相角裕度 - 195 -

12．3．2　幅值裕度和相角裕度獲取方法 - 195 -

課后習(xí)題12 - 197 -

第13章　PID控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用 - 200 -

13．1　串聯(lián)校正與反饋校正 - 200 -

13．1．1　串聯(lián)校正 - 200 -

13．1．2　反饋校正 - 204 -

13．2 PID校正概述 - 205 -

13．3 PID控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定 - 211 -

13．4 PID Tuner控制器設(shè)計(jì) - 214 -

課后習(xí)題13 - 219 -

第14章　MATLAB圖形用戶界面GUI - 221 -

課后習(xí)題14 - 226 -

參 考 文 獻(xiàn) - 227