本書是國家精品課程教材，全面論述控制系統計算機仿真的基本概念和原理，系統地介紹MATLAB及其動態仿真集成環境Simulink。全書共9章，主要內容包括：MATLAB基本應用方法及Simulink建模與仿真；基于MATLAB的控制系統數學模型、基于MATLAB的控制系統運動響應分析、基于MATLAB的控制系統運動性能分析、基于MATLAB/Simulink的控制系統建模和仿真、基于MATLAB的控制系統校正；控制系統仿真技術的應用實例——汽車防抱死制動系統建模與控制仿真、車輛懸架系統的建模和控制仿真、汽車四輪轉向控制系統仿真、三自由度直升機系統的半實物仿真控制實驗。本書配套電子課件。
張聚，男，博士，浙江工業大學教授，博士生導師，曾為德國慕尼黑工業大學自動化與軟件技術研究所訪問學者、美國密歇根州立大學機械工程系訪問教授，浙江省一流學科（計算機科學與技術學科，B類）負責人，入選浙江省151人才第二層次，浙江省高校中青年學科帶頭人，浙江省塊狀經濟轉型升級專家。主要研究方向為計算機先進控制、醫學圖像處理。主持完成國家自然科學基金項目2項、省部級項目3項，主持出版學術專著1部、譯著3部、高校教材2部，發表SCI、EI學術研究論文30余篇，授權發明專利3項。榮獲浙江省科技進步三等獎、浙江省高校科研成果一等獎、浙江省高等學校教壇新秀獎、浙江工業大學首屆十佳青年教師等獎項。
目 錄
第1章 MATLAB應用基礎 1
1.1 MATLAB簡介 1
1.1.1 操作界面介紹 2
1.1.2 幫助系統 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 應用基礎 14
1.2.3 數值運算 18
1.2.4 符號運算 22
1.2.5 圖形表達功能 25
1.2.6 程序設計基礎 33
習題1 37
第2章 基于MATLAB的控制系統
數學模型 39
2.1 數學模型的建立 39
2.1.1 傳遞函數模型 39
2.1.2 狀態空間模型 41
2.1.3 零極點增益模型 44
2.1.4 頻率響應數據模型 45
2.1.5 模型參數的獲取 46
2.2 數學模型的相互轉換 47
2.2.1 連續時間模型和離散時間模
型的相互轉換 47
2.2.2 傳遞函數模型和狀態空間模
型的相互轉換 48
2.2.3 傳遞函數模型和零極點增益
模型的相互轉換 49
2.2.4 狀態空間模型和零極點增益
模型的相互轉換 50
2.2.5 離散時間系統的重新采樣 52
2.3 數學模型的連接 60
2.3.1 串聯連接 60
2.3.2 并聯連接 61
2.3.3 反饋連接 62
習題2 63
第3章 基于MATLAB的控制系統
運動響應分析 65
3.1 零輸入響應分析 65
3.2 脈沖輸入響應分析 67
3.3 階躍輸入響應分析 69
3.4 高階系統響應分析 70
3.5 任意輸入響應分析 75
3.6 根軌跡分析方法 77
3.7 控制系統的頻率特性 79
習題3 85
第4章 基于MATLAB的控制系統
運動性能分析 87
4.1 控制系統的穩定性分析 87
4.2 控制系統的穩態性能分析 92
4.3 控制系統的動態性能分析 97
習題4 102
第5章 基于MATLAB/Simulink的
控制系統建模與仿真 104
5.1 Simulink模塊庫 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
線性系統自激振蕩的分析 126
習題5 134
第6章 基于MATLAB的控制系統
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設計工具 147
習題6 154
第7章 應用實例1——汽車防抱死制
動系統建模與控制仿真 157
7.1 汽車防抱死制動系統模型 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 應用實例2——車輛懸架系統
的建模和控制仿真 164
8.1 汽車懸架系統模型 164
8.1.1 汽車被動懸架系統狀態方
程的建立 165
8.1.2 汽車主動懸架系統狀態方
程的建立 165
8.2 懸架系統模型性能分析及仿真 166
8.2.1 穩定性分析 166
8.2.2 脈沖響應 167
8.2.3 鋸齒波響應 169
8.2.4 正弦波響應 170
8.2.5 白噪聲路面模擬輸入仿真 171
8.2.6 汽車懸架系統的對比分析
及評價 173
第9章 應用實例3——汽車四輪轉向
控制系統仿真 175
9.1 四輪轉向車輛的動力學模型 175
9.2 基于橫擺角速度反饋控制的
四輪轉向系統研究 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 操縱穩定性分析 181
9.3 基于最優控制的四輪轉向系
統研究 181
9.3.1 模型的建立 181
9.3.2 4WS系統的可控性和能觀
性分析 182
9.3.3 基于MATLAB仿真 182
第10章 MATLAB半實物仿真系統 186
10.1 MATLAB xPC半實物仿真
系統 186
10.1.1 MATLAB xPC半實物
仿真平臺架構 186
10.1.2 在Simulink中搭建半
實物仿真系統框圖 193
10.2 用M語言編寫的算法進行
xPC半實物仿真實驗方法 196
10.2.1 S-Function模塊使用C代
碼進行xPC半實物仿真的
框架 197
10.2.2 S-Function模塊使用RTW
工具箱生成C文件并內部
調用 197
10.2.3 使用嵌入式MATLAB函數
進行xPC半實物仿真方法 199
10.3 顯式模型預測控制算法xPC
半實物仿真實驗 200
10.3.1 顯式模型預測控制xPC
半實物仿真平臺架構 201
10.3.2 建立顯式模型預測控
制半實物仿真系統的
Simulink模型 202
10.3.3 顯式模型預測控制半實
物仿真系統控制效果 204
10.4 利用C-MEX混編技術實現在MATLAB環境下操作硬件 206
10.4.1 編寫用于驅動和操作硬
件的MEX文件 206
10.4.2 MEX文件的測試與應用 210
第11章 應用實例——三自由度直升機
系統半實物仿真與實時控制 214
11.1 Quanser三自由度直升機的
系統結構和數學模型 214
11.2 三自由度直升機PID控制器
設計 217
11.3 三自由度直升機PID控制數
值仿真 218
11.4 三自由度直升機控制半實物
仿真與實時控制 222
11.5 三自由度直升機控制半實物
仿真實驗 226
參考文獻 229
新書資訊