控制系統仿真與CAD 第2版
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叢 書 名:普通高等教育電氣工程與自動化(應用型)“十三五”規劃教材
以MATLAB為仿真平臺,以自動控制系統為主線,系統地介紹了控制系統的建模、分析與設計的基本原理和仿真方法。本書共分五章,分別介紹了MATLAB基礎知識、控制系統在MATLAB中的描述、控制系統各種分析方法及MATLAB實現、以MATLAB為工具的控制系統設計與仿真、Simulink及其應用。
目 錄 前 言 第1 章 控制系統仿真及工具軟件概述 1 1. 1 控制系統及仿真軟件 1 1. 1. 1 控制系統模型 1 1. 1. 2 控制系統仿真 2 1. 1. 3 MATLAB 的語言特點 3 1. 1. 4 MATLAB 的控制產品 4 1. 2 MATLAB 的操作與使用 5 1. 2. 1 MATLAB 的工作空間 6 1. 2. 2 MATLAB 的命令窗口 6 1. 2. 3 MATLAB 的程序編輯器 6 1. 2. 4 MATLAB 的幫助文件 7 1. 3 數值計算與矩陣運算 10 1. 3. 1 MATLAB 的數值類型 10 1. 3. 2 矩陣運算 12 1. 3. 3 符號運算 15 1. 4 程序、 文件和函數 23 1. 4. 1 M 文件編程 23 1. 4. 2 常用的編程語句 26 1. 4. 3 程序調試與診斷 30 本章小結 33 習題 33 第2 章 控制系統的數學描述 34 2. 1 控制系統數學模型與控制工具箱 函數 34 2. 1. 1 傳遞函數模型 34 2. 1. 2 狀態空間模型 42 2. 2 控制系統模型的轉換及連接 47 2. 2. 1 模型轉換函數 47 2. 2. 2 模型連接與化簡 51 2. 3 控制系統建模工程實例 55 本章小結 62 習題 62 第3 章 控制系統分析 63 3. 1 控制系統的時域分析 63 3. 1. 1 時域分析基礎 63 3. 1. 2 系統的穩態性能分析 64 3. 1. 3 階躍響應分析 65 3. 1. 4 脈沖響應分析 70 3. 1. 5 任意輸入的時域響應分析 73 3. 1. 6 控制系統時域分析綜合實例 74 3. 2 控制系統的根軌跡分析 75 3. 2. 1 函數指令方式 75 3. 2. 2 單輸入單輸出設計工具 82 3. 3 控制系統的頻域分析 91 3. 3. 1 頻率響應與 Nyquist 圖 92 3. 3. 2 伯德圖分析 95 3. 3. 3 控制系統頻域分析綜合實例 99 3. 3. 4 基于單輸入單輸出設計工具的控制 系統頻域分析 101 3. 4 控制系統的穩定性分析 102 3. 4. 1 控制系統穩定性分析方法簡述 102 3. 4. 2 控制系統穩定性分析的MATLAB 實現 104 3. 5 控制系統的可觀性與可控性分析 106 3. 5. 1 系統的可觀性分析 107 3. 5. 2 系統的可控性分析 109 本章小結 112 習題 112 第4 章 控制系統設計與仿真 113 4. 1 基于根軌跡的控制系統設計 113 4. 1. 1 基于根軌跡的相位超前校正 113 4. 1. 2 基于根軌跡的相位滯后校正 123 4. 2 基于伯德圖的控制系統設計 126 4. 2. 1 基于伯德圖的相位超前校正 126 4. 2. 2 基于伯德圖的相位滯后校正 130 4. 2. 3 基于伯德圖的滯后 ̄超前校正 133 4. 3 控制系統的 PID 控制器設計 136 4. 3. 1 PID 控制規律 137 4. 3. 2 PID 控制器設計方法 140 4. 3. 3 PID 控制器設計實例 146 4. 4 極點配置與觀測器設計 150 目 錄Ⅶ 4. 4. 1 極點配置 150 4. 4. 2 全維狀態觀測器設計 153 4. 4. 3 降維狀態觀測器設計 155 4. 4. 4 基于觀測器的狀態反饋系統 設計綜合實例 157 本章小結 159 習題 159 第5 章 控制系統CAD ——— Simulink 基礎與應用 161 5. 1 Simulink 基本介紹與基本操作 161 5. 1. 1 Simulink 的基本介紹 161 5. 1. 2 Simulink 的啟動 161 5. 1. 3 Simulink Library 163 5. 2 Simulink 的建模方法與仿真 168 5. 2. 1 仿真模型編譯器 168 5. 2. 2 仿真系統的編輯 169 5. 2. 3 Simulink 仿真參數的設定 172 5. 2. 4 Simulink 與MATLAB 的接口 設計 174 5. 3 Simulink 子系統的創建與封裝 176 5. 3. 1 Simulink 子系統的創建 176 5. 3. 2 Simulink 子系統的封裝 178 5. 4 采用 MATLAB 命令進行仿真與分析 181 5. 4. 1 仿真系統的打開和關閉 181 5. 4. 2 功能模塊參數設置 182 5. 4. 3 系統模型的仿真運行 183 5. 4. 4 仿真系統參數設置 183 5. 4. 5 運行結果分析 185 5. 5 S 函數 187 5. 5. 1 S 函數簡介 188 5. 5. 2 用 M 文件創建 S 函數 190 5. 6 基于Simulink 的系統分析與設計 實例 195 5. 6. 1 連續系統的時域分析實例 195 5. 6. 2 連續系統的穩定性分析實例 197 5. 6. 3 連續系統的穩態誤差分析實例 199 5. 6. 4 線性連續系統的設計實例 203 本章小結 208 習題 208 參考文獻 209