目　录

前　言

第1 章　 控制系统仿真及工具软件概述 1

1. 1　 控制系统及仿真软件 1

1. 1. 1　 控制系统模型 1

1. 1. 2　 控制系统仿真 2

1. 1. 3　 MATLAB 的语言特点 3

1. 1. 4　 MATLAB 的控制产品 4

1. 2　 MATLAB 的操作与使用 5

1. 2. 1　 MATLAB 的工作空间 6

1. 2. 2　 MATLAB 的命令窗口 6

1. 2. 3　 MATLAB 的程序编辑器 6

1. 2. 4　 MATLAB 的帮助文件 7

1. 3　 数值计算与矩阵运算 10

1. 3. 1　 MATLAB 的数值类型 10

1. 3. 2　 矩阵运算 12

1. 3. 3　 符号运算 15

1. 4　 程序、 文件和函数 23

1. 4. 1　 M 文件编程 23

1. 4. 2　 常用的编程语句 26

1. 4. 3　 程序调试与诊断 30

本章小结 33

习题 33

第2 章　 控制系统的数学描述 34

2. 1　控制系统数学模型与控制工具箱

函数 34

2. 1. 1　 传递函数模型 34

2. 1. 2　 状态空间模型 42

2. 2　 控制系统模型的转换及连接 47

2. 2. 1　 模型转换函数 47

2. 2. 2　 模型连接与化简 51

2. 3　 控制系统建模工程实例 55

本章小结 62

习题 62

第3 章　 控制系统分析 63

3. 1　 控制系统的时域分析 63

3. 1. 1　 时域分析基础 63

3. 1. 2　 系统的稳态性能分析 64

3. 1. 3　 阶跃响应分析 65

3. 1. 4　 脉冲响应分析 70

3. 1. 5　 任意输入的时域响应分析 73

3. 1. 6　 控制系统时域分析综合实例 74

3. 2　 控制系统的根轨迹分析 75

3. 2. 1　 函数指令方式 75

3. 2. 2　 单输入单输出设计工具 82

3. 3　 控制系统的频域分析 91

3. 3. 1　 频率响应与 Nyquist 图 92

3. 3. 2　 伯德图分析 95

3. 3. 3　 控制系统频域分析综合实例 99

3. 3. 4　基于单输入单输出设计工具的控制

系统频域分析 101

3. 4　 控制系统的稳定性分析 102

3. 4. 1　 控制系统稳定性分析方法简述 102

3. 4. 2　控制系统稳定性分析的MATLAB

实现 104

3. 5　 控制系统的可观性与可控性分析 106

3. 5. 1　 系统的可观性分析 107

3. 5. 2　 系统的可控性分析 109

本章小结 112

习题 112

第4 章　 控制系统设计与仿真 113

4. 1　 基于根轨迹的控制系统设计 113

4. 1. 1　 基于根轨迹的相位超前校正 113

4. 1. 2　 基于根轨迹的相位滞后校正 123

4. 2　 基于伯德图的控制系统设计 126

4. 2. 1　 基于伯德图的相位超前校正 126

4. 2. 2　 基于伯德图的相位滞后校正 130

4. 2. 3　 基于伯德图的滞后￣超前校正 133

4. 3　 控制系统的 PID 控制器设计 136

4. 3. 1　 PID 控制规律 137

4. 3. 2　 PID 控制器设计方法 140

4. 3. 3　 PID 控制器设计实例 146

4. 4　 极点配置与观测器设计 150

目　录Ⅶ

4. 4. 1　 极点配置 150

4. 4. 2　 全维状态观测器设计 153

4. 4. 3　 降维状态观测器设计 155

4. 4. 4　基于观测器的状态反馈系统

设计综合实例 157

本章小结 159

习题 159

第5 章　控制系统CAD ——— Simulink

基础与应用 161

5. 1　 Simulink 基本介绍与基本操作 161

5. 1. 1　 Simulink 的基本介绍 161

5. 1. 2　 Simulink 的启动 161

5. 1. 3　 Simulink Library 163

5. 2　 Simulink 的建模方法与仿真 168

5. 2. 1　 仿真模型编译器 168

5. 2. 2　 仿真系统的编辑 169

5. 2. 3　 Simulink 仿真参数的设定 172

5. 2. 4　Simulink 与MATLAB 的接口

设计 174

5. 3　 Simulink 子系统的创建与封装 176

5. 3. 1　 Simulink 子系统的创建 176

5. 3. 2　 Simulink 子系统的封装 178

5. 4　 采用 MATLAB 命令进行仿真与分析 181

5. 4. 1　 仿真系统的打开和关闭 181

5. 4. 2　 功能模块参数设置 182

5. 4. 3　 系统模型的仿真运行 183

5. 4. 4　 仿真系统参数设置 183

5. 4. 5　 运行结果分析 185

5. 5　 S 函数 187

5. 5. 1　 S 函数简介 188

5. 5. 2　 用 M 文件创建 S 函数 190

5. 6 　基于Simulink 的系统分析与设计

实例 195

5. 6. 1　 连续系统的时域分析实例 195

5. 6. 2　 连续系统的稳定性分析实例 197

5. 6. 3　 连续系统的稳态误差分析实例 199

5. 6. 4　 线性连续系统的设计实例 203

本章小结 208

习题 208

参考文献 2092100433B