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第1章 控制与仿真的基础知识1

本章学习指导1

1.1 自动控制的基本概念1

1.1.1 控制理论的发展和应用1

1.1.2 自动控制的概念及其应用2

1.1.3 自动控制的基本方式3

1.1.4 对控制系统的性能要求5

1.2 控制系统的组成及分类7

1.2.1 控制系统的组成及其符号表示7

1.2.2 控制系统的分类8

1.3 计算机仿真的基本概念9

1.3.1 系统仿真的定义和仿真过程9

1.3.2 系统仿真的分类11

1.4 计算机仿真的特点及其应用12

1.4.1 计算机仿真的类别及其特点12

1.4.2 计算机仿真的应用13

思考题与习题114

小结14

第2章 控制系统的数学模型16

本章学习指导16

2.1 数学模型的基本概念16

2.1.1 数学模型的定义16

2.1.2 数学模型的分类及其描述16

2.1.3 数学模型的建立方法17

2.2 微分方程17

2.2.1 微分方程的建立18

2.2.2 拉普拉斯变换20

2.2.3 微分方程的求解21

2.2.4 非线性数学模型的线性化处理23

2.3 传递函数23

2.3.1 传递函数的概念23

2.3.2 典型环节及其传递函数25

2.3.3 自动控制系统的传递函数27

2.4 系统动态结构图及其等效变换28

2.4.1 结构图的组成29

2.4.2 结构图的等效变换30

2.5 状态空间描述32

2.5.1 状态变量33

2.5.2 状态方程34

2.6 数学模型的相互转换34

小结35

思考题与习题236

3.1 典型输入信号及其响应38

3.1.1 概述38

本章学习指导38

第3章 控制系统性能的分析方法38

3.1.2 典型输入信号39

3.1.3 典型信号的响应40

3.2 时域分析法40

3.2.1 一阶系统的时域响应41

3.2.2 二阶系统的时域响应43

3.2.3 控制系统的稳定性分析46

3.2.4 控制系统的稳态误差分析49

3.3 频域分析法53

3.3.1 频率特性的概念53

3.3.2 典型环节的频率特性54

3.3.3 系统的开环频率特性57

3.3.4 系统性能的分析58

小结61

思考题与习题362

第4章 控制技术简介64

本章学习指导64

4.1 微机控制系统概述64

4.1.1 微机控制系统的组成及模块功能64

4.1.2 微机控制系统的分类65

4.1.3 微机控制系统的设计66

4.2 常用控制程序的设计67

4.2.1 报警程序设计67

4.2.2 数字滤波程序设计71

4.3 PID控制及其应用75

4.3.1 数字PID控制算法75

4.3.2 数字PID调节器参数的整定76

4.4 直接数字控制系统78

4.4.1 最少拍系统设计79

4.4.2 达林算法81

小结82

思考题与习题483

第5章 系统仿真方法及应用84

本章学习指导84

5.1 数值积分法84

5.1.1 欧拉法85

5.1.2 梯形法86

5.1.3 龙格-库塔法86

5.1.4 数值积分公式的应用88

5.2 离散相似法89

5.2.1 仿真算法描述90

5.2.2 典型环节的离散模型91

5.3 线性系统仿真92

5.3.1 线性系统的数值积分法仿真93

5.3.2　线性系统的离散相似法仿真97

5.4 非线性系统仿真99

5.4.1 典型非线性特性99

5.4.2 非线性系统仿真过程及应用102

5.5 采样系统仿真104

5.5.1 采样控制系统的算法描述104

5.5.2 采样周期与仿真步长的关系105

5.5.3 采样系统的仿真应用106

小结109

思考题与习题5109

6.1.1 MATLAB的产生与发展111

6.1 MATLAB简介111

本章学习指导111

第6章 MATLAB的基本知识及其应用111

6.1.2 MATLAB的主要特点112

6.1.3 MATLAB 6.x的主要改进及相关功能112

6.2 MATLAB工作环境113

6.2.1 MATLAB的桌面113

6.2.2 MATLAB的程序编辑器117

6.2.3 MATLAB帮助系统118

6.3 MATLAB的应用119

6.3.1 MATLAB数值运算119

6.3.2 MATLAB绘图126

6.3.3 MATLAB程序设计129

小结133

思考题与习题6134

第7章 Simulink简介及其应用135

本章学习指导135

7.1 Simulink简介135

7.1.1 Simulink概述135

7.1.2 Simulink的启动与界面136

7.2.1 模型窗口139

7.2 Simulink的基本操作139

7.2.2 模块的处理与连接140

7.2.3 系统模型的创建141

7.2.4 模型文件的使用143

7.3 控制系统的Simulink仿真143

7.3.1 给定仿真模型的仿真分析143

7.3.2 给定动态结构图的仿真分析148

小结152

思考题与习题7153

8.1.1 系统的传递函数模型表示155

8.1 控制系统的模型表示155

第8章 控制系统的仿真应用155

本章学习指导155

8.1.2 系统的零极点增益模型表示156

8.1.3 系统的状态空间模型表示156

8.1.4 系统不同模型之间的相互转换157

8.1.5 系统方框图模型的等效变换159

8.2 采用MATLAB分析系统性能163

8.2.1 控制系统的时域响应分析163

8.2.2 控制系统的频域响应分析167

8.3 控制系统仿真的应用实例169

8.3.1 面向传递函数的线性系统仿真169

8.3.2 面向结构图的线性系统仿真171

8.3.3 非线性系统仿真174

8.3.4 采样控制系统仿真178

小结181

思考题与习题8181

参考文献184