MATLAB 7辅助控制系统设计与仿真

第1章 绪论 1
1.1 控制系统概述 1
1.1.1 控制理论发展综述 1
1.1.2 控制系统的计算机辅助设计 2
1.2 MATLAB 7简介 3
1.2.1 MATLAB的发展历史 3
1.2.2 MATLAB的语言特点 4
1.2.3 MATLAB 7的新特点 4
1.3 MATLAB 7中的控制产品 6
1.3.1 MATLAB 7控制产品概述 6
1.3.2 控制系统工具箱6.0 6
1.3.3 Simulink 6.0 7
1.3.4 其他控制相关产品 8
第2章 控制系统理论基础 9
2.1 引言 9
2.2 经典控制理论基础 10
2.2.1 传递函数模型 10
2.2.2 零极点增益模型 11
2.2.3 控制系统的时域分析 12
2.2.4 控制系统的频域分析 13
2.2.5 控制系统的根轨迹分析 15
2.3 现代控制理论基础 16
2.3.1 状态空间模型 17
2.3.2 控制系统的可控性与可观测性 17
2.3.3 最优控制理论 18
2.3.4 鲁棒控制理论 21
2.4 智能控制理论基础 24
2.4.1 智能控制理论概述 24
2.4.2 模糊控制系统 25
2.4.3 神经控制系统 27
第3章 MATLAB 7使用基础 33
3.1 MATLAB 7的安装 33
3.2 MATLAB 7的编程环境 35
3.2.1 MATLAB的工作空间 36
3.2.2 MATLAB的命令窗口 37
3.2.3 MATLAB的程序编辑器 38
3.2.4 MATLAB的帮助文件 38
3.3 MATLAB数值运算基础 39
3.3.1 差分方程的求解 39
3.3.2 微分方程的求解 40
3.3.3 矩阵代数与矩阵运算 43
3.4 MATLAB程序设计基础 47
3.4.1 M文件编程 47
3.4.2 常用编程语句 51
3.4.3 路径设置 53
第4章 Simulink 6.0使用基础 55
4.1 Simulink库模块简介 55
4.1.1 连续（Continuous）模块组 56
4.1.2 非连续（Discontinuities）模块组 58
4.1.3 离散（Discrete）模块组 60
4.1.4 数学运算（Math Operations）模块组 61
4.1.5 接收器（Sinks）模块组 64
4.1.6 输入源（Sources）模块组 66
4.2 Simulink基本建模方法 68
4.2.1 模型窗口的建立 69
4.2.2 模块的操作 69
4.2.3 信号线的操作 71
4.2.4 模型的运行 72
4.2.5 模型的保存 76
4.2.6 模型的打印 76
4.3 Simulink模型举例 77
4.3.1 模型演示 77
4.3.2 模型创建 80
4.4 子系统与模块封装技术 87
4.4.1 Simulink子系统 87
4.4.2 封装模块 90
4.4.3 创建模块库 95
4.5 S-函数的编写及应用 96
4.5.1 用MATLAB语句编写S-函数 96
4.5.2 S-函数设计举例 98
第5章 MATLAB 7控制系统建模 101
5.1 控制系统工具箱函数 101
5.1.1 模型建立函数 104
5.1.2 模型变换函数 112
5.1.3 模型简化函数 114
5.1.4 模型实现函数 115
5.1.5 模型特性函数 117
5.1.6 方程求解函数 120
5.1.7 时域响应函数 121
5.1.8 频域响应函数 125
5.1.9 根轨迹函数 132
5.2 控制系统工具箱建模 134
5.2.1 传递函数模型 135
5.2.2 状态方程模型 138
5.2.3 零极点模型 141
5.2.4 连接结构的模型表示 145
5.2.5 模型转换 148
第6章 MATLAB 7控制系统分析 153
6.1 系统的时域分析 153
6.1.1 阶跃响应分析 153
6.1.2 冲激响应分析 157
6.1.3 任意输入的时域响应分析 162
6.2 系统的根轨迹分析 165
6.2.1 函数指令方式 165
6.2.2 基于根轨迹的设计工具 170
6.3 系统的频域分析 173
6.3.1 频域响应与Nyquist图 174
6.3.2 Bode图分析 178
6.3.3 Nichols图 182
6.4 系统的稳定性分析 183
6.4.1 系统稳定性的概念 183
6.4.2 系统稳定性的分析方法概述 185
6.4.3 系统稳定性分析的MATLAB实现 185
6.5 系统的可控性与可观测性分析 189
6.5.1 系统的可控性分析 190
6.5.2 系统的可观测性分析 195
第7章 经典控制系统设计与仿真 203
7.1 经典控制系统设计概述 203
7.2 控制系统的根轨迹设计 204
7.2.1 根轨迹超前校正设计 205
7.2.2 根轨迹滞后校正设计 212
7.3 控制系统的波特图设计 217
7.3.1 波特图超前校正设计 217
7.3.2 波特图滞后校正设计 221
7.3.3 波特图滞后–超前校正设计 225
7.4 PID控制器设计 230
7.4.1 PID控制原理 231
7.4.2 PID控制器设计 233
第8章 现代控制系统设计与仿真 243
8.1 现代控制系统设计概述 243
8.2 极点配置与观测器设计 243
8.2.1 极点配置 244
8.2.2 状态观测器设计 248
8.2.3 状态降维观测器设计 251
8.3 线性二次型最优控制器设计 255
8.3.1 线性二次型最优控制概述 256
8.3.2 连续系统线性二次型最优控制 256
8.3.3 离散系统线性二次型最优控制 259
8.3.4 线性二次型Gauss最优控制 260
8.4 鲁棒控制系统设计 264
8.4.1 鲁棒控制工具箱 265
8.4.2 H∞控制器设计 268
第9章 智能控制系统设计与仿真 273
9.1 智能控制系统设计概述 273
9.2 模糊控制系统设计 273
9.2.1 模糊控制系统设计概述 273
9.2.2 模糊逻辑工具箱 276
9.2.3 模糊控制系统设计实例 286
9.3 神经控制系统设计 291
9.3.1 神经控制系统设计概述 291
9.3.2 神经网络工具箱 292
9.3.3 神经控制系统设计实例 302
第10章 MATLAB R14中的控制工程解决方案 311
10.1 前言 311
10.2 MATLAB R14中的控制工程解决方案 312
10.2.1 系统集成设计环境 312
10.2.2 完整的设计工具 313
10.2.3 建模与算法设计 314
10.2.4 控制系统仿真 315
10.2.5 事件驱动系统的建模与仿真 317
10.2.6 代码生成与快速原型 319
10.2.7 嵌入式系统应用 321
10.2.8 控制系统设计的其他支持 322
10.3 应用案例 323
10.3.1 MATLAB辅助波音公司实现无人机的着陆 323
10.3.2 MATLAB帮助丰田公司设计未来 325