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第1章 创建Simulink仿真系统的过程1

1.1 Simulink概述1

1.1.1 Simulink的特点1

1.1.2 启动Simulink2

1.2 一个简单的仿真系统3

1.2.1 添加模块4

1.2.2 设置模块属性4

1.2.3 连接模块6

1.2.4 仿真器设置7

1.2.5 运行仿真7

1.3 建立状态空间表达式8

1.3.1 由图建立状态空间表达式9

1.3.2 由函数建立状态空间表达式13

第2章 飞行器控制系统综合与分析的方法18

2.1 飞行器控制系统应用概述18

2.2 飞行器控制系统数学模型18

2.3 飞行器控制系统解析内容20

2.4 校正装置优化设计21

2.5 频域性能分析25

第3章 最优与鲁棒控制系统设计27

3.1 最优控制问题的描述27

3.2 连续系统二次型最优控制及其MATLAB实现28

3.3 离散系统二次型最优控制及其MATLAB实现32

第4章 飞机偏航阻尼器设计的MATLAB实现35

4.1 飞机偏航阻尼器设计35

4.2 数学模型及MATLAB描述35

4.3 校正前系统性能分析37

4.4 校正设计40

4.4.1 根轨迹法设计41

4.4.2 下洗滤波器设计44

4.5 校正后系统性能分析45

第5章 控制系统根轨迹校正分析47

5.1 控制系统性能指标47

5.2 校正的基本概念48

5.3 根轨迹校正法50

5.3.1 根轨迹的串联超前校正50

5.3.2 根轨迹的串联滞后校正54

5.3.3 根轨迹的串联超前滞后校正57

第6章 现代控制系统设计与仿真分析61

6.1 可控性分析61

6.1.1 连续系统的完全可控性61

6.1.2 离散系统的可控性62

6.1.3 连续系统的状态完全可控标准型63

6.1.4 连续系统的输出可控性65

6.2 可观性分析66

6.2.1 线性离散系统的完全可观性66

6.2.2 连续系统的完全可观性68

6.2.3 连续系统的完全可观标准型69

6.3 系统的极点配置71

6.3.1 极点配置的MATLAB函数71

6.3.2 极点配置示例分析72

6.4 系统状态观测器设计74

第7章 MATLAB离散控制系统的设计77

7.1 离散控制系统的基本概念77

7.2 离散信号的数字描述79

7.2.1 采样过程及采样定理79

7.2.2 保持器的数学描述81

7.3 Z变换82

7.3.1 离散信号的Z变换83

7.3.2 Z变换与其逆变换84

第8章 Nyquist稳定判据的实际应用89

8.1 频域分析基本概念89

8.2 Bode图90

8.3 Nyquist图92

8.4 系统稳定性的判断93

8.4.1 用Bode图法判断系统稳定性93

8.4.2 用Nyquist曲线法判断系统稳定性96

第9章 PID控制器校正的MATLAB实现99

9.1 PID控制器校正99

9.2 PID控制器概述99

9.3 P控制101

9.4 PD控制102

9.5 I控制104

9.6 PI控制107

9.7 PID控制108

第10章 控制系统的典型输入信号时域分析114

10.1 控制系统时域分析法114

10.2 控制系统时域分析使用的函数116

10.2.1 step函数116

10.2.2 initial函数117

10.2.3 impulse函数118

10.2.4 lsim函数120

第11章 MATLAB控制系统的综合实例124

11.1 MATLAB在积分方程中的应用124

11.2 MATLAB在微分方程中的应用125

11.3 MATLAB/Simulink在机电系统中的应用126

11.4 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用128

11.5 MATLAB/Simulink在根轨迹分析中的应用131

第12章 控制系统数学模型的MATLAB实现135

12.1 连续系统135

12.2 离散系统137

12.3 与数学模型相关的MATLAB函数138

12.3.1 传递模型的函数138

12.3.2 零极点模型函数142

12.3.3 状态空间模型函数147

第13章 控制系统的暂态特性和稳态特性152

13.1 典型输入信号实例152

13.2 时域分析的基本概念154

13.2.1 动态过程与动态性能154

13.2.2 稳态过程与稳态性能155

13.2.3 控制系统的稳定性156

13.3 线性系统时域响应求法156

13.4 二阶系统157

13.4.1 二阶系统的单位脉冲响应157

13.4.2 二阶系统的单位阶跃响应159

第14章 频域分析的MATLAB函数实现162

14.1 频域分析的概念162

14.2 频域分析的MATLAB函数163

14.2.1 allmargin函数164

14.2.2 nyquist函数164

14.2.3 bode函数165

14.2.4 bodemag函数170

14.2.5 nichols函数171

14.2.6 ngrid函数174

14.2.7 margin函数174

第15章 MATLAB函数实现的状态空间分析177

15.1 状态空间的MATLAB实现177

15.1.1 ctrb函数177

15.1.2 ctrbf函数178

15.1.3 obsv函数179

15.1.4 obsvf函数180

15.2 系统状态反馈与状态观测器181

15.2.1 极点配置181

15.2.2 状态观测器182

第16章 鲁棒控制系统设计的MATLAB实现185

16.1 鲁棒控制简介185

16.2 鲁棒控制系统的MATLAB实现189

第17章 借助根轨迹曲线对控制系统进行校正196

17.1 其他几种根轨迹形式196

17.2 根轨迹对系统暂态特性的分析199

17.3 控制系统的根轨迹校正法202

17.3.1 根轨迹法超前校正202

17.3.2 根轨迹法滞后校正207

17.4 根轨迹的设计工具210

第18章 控制系统频域响应校正分析216

18.1 频域响应校正法216

18.2 频域法的串联超前校正216

18.3 频域法的串联滞后校正220

18.4 频域串联滞后超前校正224

18.5 反馈校正228

第19章 PID控制器参数整定233

19.1 Ziegler-Nichols整定法233

19.2 一般数学模型拟合成带延时的惯性环节236

19.3 Cohen-Coon整定法237

19.4 误差积分指标最优校正239

第20章 模型预测控制的实际应用246

20.1 模型预测控制的应用246

20.1.1 直流伺服控制器设计246

20.1.2 直流伺服控制器的MATLAB实现247

20.2 控制系统的实际应用249

20.2.1 PID控制器应用示例249

20.2.2 非线性控制系统应用示例253

第21章 系统模型间转换的MATLAB实现255

21.1 系统模型间转换255

21.1.1 tf2ss函数256

21.1.2 ss2tf函数257

21.1.3 tf2zp函数258

21.1.4 zp2tf函数259

21.1.5 zp2ss函数259

21.1.6 ss2zp函数260

21.2 系统模型连接方式261

第22章 自动控制实际系统的分析设计267

22.1 传递函数模型分析267

22.2 传递函数模型的MATLAB实现268

22.3 状态空间模型分析271

22.4 状态空间模型的MATLAB实现271

22.5 零极点增益模型分析272

22.6 零极点增益模型的MATLAB实现273

第23章 MATLAB控制系统的频率特性276

23.1 频率特性的表示法276

23.2 典型环节的Nyquist图278

23.2.1 比例环节278

23.2.2 惯性环节278

23.2.3 积分环节279

23.2.4 微分环节279

23.2.5 一阶微分环节279

23.2.6 振荡环节281

23.3 典型环节的Bode图283

23.3.1 比例环节283

23.3.2 积分环节284

23.3.3 微分环节285

23.3.4 惯性环节286

23.3.5 一阶微分环节287

23.3.6 振荡环节289

23.3.7 二阶微分环节290

第24章 离散控制系统的稳定性分析293

24.1 离散系统的时域数学模型293

24.2 离散系统的频域数学模型295

24.2.1 c2d函数296

24.2.2 d2c函数298

24.2.3 d2d函数299

24.2.4 upsample函数300

24.3 离散控制系统分析301

24.3.1 离散控制系统的稳定性301

24.3.2 采样周期与开环增益对稳定性的影响303

第25章 线性二次型高斯最优控制的MATLAB实现306

25.1 LQG最优控制概述306

25.2 LQG最优控制的MATLAB实现307

25.2.1 reg函数307

25.2.2 lqg函数308

25.2.3 lqgreg函数311

第26章 MATLAB函数直接绘制系统的根轨迹316

26.1 根轨迹的概述316

26.2 二阶系统的根轨迹分析317

26.3 MATLAB中与根轨迹相关的函数321

26.3.1 pzmap函数321

26.3.2 rlocus函数322

26.3.3 rlocfind函数324

26.3.4 sgrid函数326

26.3.5 zgrid函数327

26.3.6 damp函数327

第27章 可控性与可观性的MATLAB实现329

27.1 可控性与可观性329

27.2 状态可控性329

27.3 状态可观性330

27.4 可控性和可观性的实现331

27.4.1 可控标准型331

27.4.2 可观标准型333

第28章 系统稳态误差分析的MATLAB实现338

28.1 系统误差分析与计算338

28.2 MATLAB LTI Viewer稳定性判定实例347

第29章 频域稳定性分析350

29.1 Nyquist稳定判据350

29.2 稳定裕度356

29.2.1 相对稳定性356

29.2.2 增益裕度356

29.2.3 相角裕度356

第30章 控制系统工程应用实例359

30.1 MATLAB在频域响应中的应用359

30.2 MATLAB/Simulink在状态空间中的应用365

30.3 MATLAB在PID控制器设计中的应用369

第31章 变换矩阵与状态空间表达式372

31.1 非唯一性与特征不变性372

31.2 标准型373

31.2.1 对角规范型373

31.2.2 约当规范型375

第32章 高阶系统的时域分析378

32.1 高阶系统378

32.2 时域分析的MATLAB实现380

32.2.1 step函数380

32.2.2 dcgain函数383

32.2.3 impulse函数385

32.2.4 initial函数387

32.2.5 lsim函数387

32.3 MATLAB图形化时域分析389

第33章 控制系统稳定性判定的MATLAB实现392

33.1 方程特征根判定稳定性392

33.2 Lienard-Chipard判据判定系统稳定性393

33.3 根轨迹法判定稳定性393

33.4 传递函数极点法判定系统稳定性397

33.5 李亚普诺夫第二法判定系统稳定性399

33.6 频率法判定系统稳定性401

33.6.1 Bode图判定系统稳定性401

33.6.2 Nyquist曲线判定系统稳定性404

第34章 设计kalman滤波器最优状态估计器409

34.1 kalman函数409

34.2 lqi函数411

34.3 estim函数414

第35章 闭环比值与解耦控制系统分析418

35.1 闭环比值控制系统418

35.1.1 单闭环比值控制系统418

35.1.2 双闭环比值控制系统421

35.2 解耦控制系统425

35.2.1 前馈补偿解耦控制425

35.2.2 反馈补偿解耦控制430

附录A MATLAB R2016a安装说明435

参考文献441