控制系统仿真

　　《控制系统仿真/21世纪高等院校电气信息类系列教材》从工程应用角度出发，为控制系统的分析、设计和综合研究提供了先进的技术手段；从MATLAB/Simulink基础知识、控制系统数学模型、控制系统分析、控制器设计、控制系统仿真实验等几个方面讲述了运用MATLAB进行控制系统分析和设计的方法。全书共分7章，包括控制系统仿真的基本概念与步骤、MATLAB语言基础、Simulink仿真工具、控制系统数学模型、控制系统时域分析、频域分析、稳定性分析、根轨迹分析法、线性系统的状态可控性与状态可观性分析、李雅普诺夫稳定性分析、控制器设计、控制系统仿真实验等内容。各章通过具体的应用实例和习题帮助读者理解和掌握自动控制原理、现代控制理论以及MATLAB/Simulink相关功能和工具的使用。
　　《控制系统仿真/21世纪高等院校电气信息类系列教材》各章节之间的内容既相互联系又相对独立，读者可根据需要进行选择性阅读。《控制系统仿真/21世纪高等院校电气信息类系列教材（附赠电子教案）》可作为高等院校控制工程、自动化、机电、测控技术等专业学生和研究生的教学参考用书，也可作为相关领域的工程技术和研究人员的参考用书。

出版说明
前言
第1章 绪论
1．1 控制系统仿真的基本概念
1．1．1 仿真的基本概念
1．1．2 计算机仿真的分类
1．1．3 控制系统仿真
1．2 控制系统仿真研究的步骤
1．3 控制系统仿真的应用和发展
1．3．1 控制系统仿真的应用
1．3．2 控制系统仿真的发展
1．4 MATLAB/Simulink简介
1．4．1 MATLAB简介
1．4．2 Simulink简介
1．5 本章小结

第2章 MATLAB语言基础
2．1 MATLAB的编程环境
2．1．1 MATLAB启动和退出
2．1．2 MATLAB的命令窗口
2．1．3 MATLAB的工作空间
2．1．4 当前目录窗口
2．1．5 命令历史窗口
2．1．6 MATLAB文件管理
2．1．7 MATLAB帮助使用
2．1．8 数据交换系统
2．2 MATLAB基础知识
2．2．1 变量与常量
2．2．2 数字变量的运算及显示格式
2．2．3 字符串
2．3 矩阵运算
2．3．1 矩阵生成
2．3．2 矩阵基本操作
2．3．3 矩阵运算
2．4 数组运算
2．4．1 基本数学运算
2．4．2 关系运算
2．4．3 逻辑运算
2．4．4 基本初等函数
2．5 符号运算
2．6 矩阵函数
2．6．1 三角分解法
2．6．2 正交分解法
2．6．3 奇异值分解法
2．6．4 特征值分解法
2．6．5 矩阵的秩
2．6．6 多项式
2．7 MATLAB常用绘图命令
2．7．1 二维图形的绘制
2．7．2 三维图形
2．7．3 图形的输出
2．8 MATLAB程序设计
2．8．1 M文件编辑器
2．8．2 MATLAB程序类型
2．8．3 函数变量及变量作用域
2．8．4 子函数与私有函数
2．8．5 交互式输入
2．8．6 MATLAB程序流程控制
2．9 本章小结
习题

第3章 Simulink仿真工具
3．1 运行Simulink演示程序
3．2 Simulink模型的建立
3．2．1 Simulink模型窗口
3．2．2 Simulink模块库简介
3．2．3 Simulink模块的操作
3．2．4 模块的连接
3．2．5 模块的参数修改
3．2．6 Simulink模块的联机帮助系统
3．2．7 Simulink模型的输出与打印
3．2．8 Simulink模型举例
3．3 Simulink的仿真方法
3．3．1 仿真过程的设置
3．3．2 系统仿真
3．3．3 模糊控制系统的仿真
3．4 S-函数
3．4．1 S-函数的工作方式
3．4．2 用MATLAB语言编写S-函数
3．4．3 用C语言编写S-函数
3．5 本章小结
习题

第4章 控制系统数学模型
4．1 动态过程微分方程描述
4．2 动态过程的传递函数描述
4．2．1 传递函数定义与性质
4．2．2 传递函数零极点表示
4．2．3 传递函数的部分分式表示
4．2．4 典型环节的传递函数及其时域响应
4．2．5 高阶系统的时域分析
4．3 动态过程状态空间描述
4．4 系统模型转换及连接
4．4．1 模型转换
4．4．2 模型连接
4．5 本章小结
习题


第5章 控制系统分析
5．1 时域分析
5．1．1 典型输入信号
5．1．2 动态性能指标
5．1．3 线性系统时域响应
5．1．4 时域分析相关的MATLAB函数
5．1．5 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用
5．2 稳定性分析
5．2．1 稳定性基本概念
5．2．2 稳定性判据
5．2．3 稳态误差计算
5．2．4 MATLAB在稳定性分析中的应用
5．3 根轨迹分析
5．3．1 幅值条件和相角条件
5．3．2 绘制根轨迹的一般法则
5．3．3 广义根轨迹
5．3．4 根轨迹分析相关的MATLAB函数
5．3．5 MATLAB在绘制根轨迹图中的应用
5．4 频域分析
5．4．1 频率特性
5．4．2 典型环节频率响应分析
5．4．3 闭环频率响应分析
5．4．4 稳定性分析
5．4．5 频域分析相关的MATLAB函数
5．4．6 MATLAB在绘制频率特性中的应用
5．5 线性系统的状态可控性与状态可观性分析
5．5．1 状态可控性
5．5．2 状态可观性
5．5．3 MATLAB在状态可控性和可观性分析中的应用
5．6 李雅普诺夫稳定性分析
5．6．1 李雅普诺夫第一法
5．6．2 李雅普诺夫第二法
5．6．3 利用MATLAB进行系统稳定性分析
5．7 本章小结
习题

第6章 控制器设计
6．1 PID控制器设计
6．1．1 PID控制器概述
6．1．2 比例控制器
6．1．3 积分控制器
6．1．4 比例积分控制器
6．1．5 比例微分控制器
6．1．6 比例积分微分控制器
6．2 PID控制器参数整定
6．2．1 Ziegler-Nichols整定法
6．2．2 临界振荡法
6．2．3 衰减曲线法
6．2．4 凑试法
6．3 控制系统校正的根轨迹法
6．3．1 基于根轨迹法的超前校正
6．3．2 基于根轨迹法的滞后校正
6．3．3 基于根轨迹法的超前滞后校正
6．4 控制系统校正的频率响应法
6．4．1 基于频率法的超前校正
6．4．2 基于频率法的滞后校正
6．5 状态反馈与极点配置
6．5．1 状态反馈
6．5．2 输出反馈
6．5．3 极点配置
6．6 状态观测器
6．7 本章小结
习题

第7章 控制系统仿真实验
7．1 MATLAB平台认识实验
7．2 MATLAB绘图
7．3 控制系统的阶跃响应
7．4 控制系统的根轨迹作图
7．5 直流电动机调速系统
7．6 交流电动机调速系统
7．7 本章小结
参考文献

　　控制系统仿真技术是近几十年发展起来的建立在系统科学、系统辨识、控制理论、计算方法和计算机技术等学科上的一种综合性很强的实验科学技术。它遵循相似性原理，为自动控制系统的分析、设计和综合研究提供了先进的手段。控制系统仿真技术广泛应用于航空、航天、化工、电力、交通及制造等各种工程领域，以及环境、生态、生理、社会及经济等各种非工程领域；贯穿于方案论证、产品设计、试验、生产制造、使用和维护等各个方面。
　　目前，适用于控制系统计算机辅助设计的软件很多。作为控制理论与控制工程及其计算机仿真的强有力工具，在众多仿真语言中，MATLAB以其模块化的计算方法，可视化与智能化的人机交互功能，丰富的矩阵运算、图形绘制、数据处理函数以及模块化图形组态的动态系统仿真工具Simulink，成为控制系统设计和仿真领域最受欢迎的软件系统。
　　为了更好地推动MATLAB/Simulink在控制系统仿真、分析与设计中的应用，全书参考了有关同类教材及资料，结合教学科研工作实践，以教案为蓝本编写而成。全书从工程实用角度出发，通过典型的例题、习题与实验指导，详细论述了MATLAB7。O/Simulink7。0的功能、操作及其在控制系统中的应用。书中所述的大部分内容和例子，是编者多年来从事教学与科研的成果，具有很强的代表性。
　　本书由长春工业大学张袅娜老师和长春工程学院冯雷老师担任主编，长春工业大学朱宏殷老师担任副主编。全书共分7章，第2章、第3章由张袅娜老师编写；第1章、第6章、第7。1～7。5节由朱宏殷老师编写；第4章、第5章由长春工程学院冯雷老师编写，书中部分习题、程序和第7。6节由吉林工程技术师范学院赵丽艳老师、长春工程学院张欣老师编写与调试。全书由张袅娜老师统稿。本书从MATLAB/Simulink基础知识、控制系统数学模型、控制系统分析、控制器设计、控制系统仿真实验指导等几个方面讲述了运用MATLAB进行控制系统分析和设计的全过程。编者从工程应用角度出发组织素材，注重基本概念，强调工程背景，力求使读者学以致用。在使用本书时，可以根据不同专业的要求和特点，对内容进行取舍。
　　本书的写作得到了王冬梅博士、王莹莹硕士、张哲硕士、孙颖教授、吴瑞芝副教授、于微波副教授等人的大力协助与支持，许多参与课程教学的同行提出了宝贵的意见，在此深表谢意！本书的编写还参考了相关文献，在此向这些文献的作者表示感谢！
　　由于作者水平和经验有限，书中错误与不当之处在所难免，恳请专家、读者指正。