前言
第1部分控制系統MATLAB計算及仿真的解題實訓
第1章MATLAB的程序設計1
1.1有關MATLAB程序設計的基本概念 1
1.2MATLAB程序設計基本規則2
1.3有關MATLAB程序設計舉例2
1.3.1自然數列求和與由自然數列中每個自然數的倒數所組成的數列求和2
1.3.2楊輝三角形或Pascal三角形與Pascal矩陣3
1.3.3Fibonacci數列4
1.3.4閏年4
1.3.5Vandermonde矩陣5
1.3.6編程序寫出以一直角邊最長為任意整數值長的勾股弦數6
1.3.7編程再舉例 6
習題8
第2章MATLAB 7.5 的仿真集成環境Simulink 7.0 9
2.1Simulink仿真特色與其模型窗口9
2.1.1Simulink仿真特色 9
2.1.2進入MATLAB 7.5的Simulink 7.010
2.1.3Simulink 7.0的模型窗口概述 10
2.2Simulink 7.0的界面與組成13
2.2.1Simulink 7.0功能模塊組的打開與關閉13
2.2.2Simulink 7.0功能模塊的分類及其用途 14
2.3用Simulink建立系統仿真模型17
2.3.1打開模型窗口的方法18
2.3.2模塊的查找與選擇18
2.3.3 模塊的復制、移動與刪除18
2.3.4模塊的連接 19
2.4常用15個模塊內部參數的設置或修改20
2.5用Simulink建立系統仿真模型實例27
第3章常用電氣系統(SimPowerSystems)實體圖形化仿真模型29
3.1電氣系統(SimPowerSystems)實體圖形化模型庫簡介29
3.1.1電源(Electrical Sources)模塊組30
3.1.2電器元件(Elements)模塊組30
3.1.3電力電子元件(Power Electronics)模塊組31
3.1.4電機(Machines)模塊組32
3.1.5電氣測量儀表(Measurements)模塊組 32
3.2基本電路元件的仿真模型33
3.2.1普通電源 33
3.2.2受控電源34
3.2.3RLC元件35
3.3常用電機與變壓器的仿真模型37
3.3.1電機37
3.3.2變壓器 40
3.4基本電力電子器件的仿真模型43
3.4.1二極管(Diode)43
3.4.2晶閘管(Thyristor)45
3.4.3門極關斷晶閘管(GTO)47
3.4.4電力場效應晶體管(MOSFET)48
3.4.5絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)50
3.4.6理想開關(Ideal Switch)51
3.4.7多功能橋式整流電路(Universal Bridge) 52
3.5電力電子變流器典型驅動裝置的仿真模型53
3.5.1同步6脈沖觸發器(Synchronized 6-Pulse Generator)54
3.5.2同步12脈沖觸發器(Synchronized 12-Pulse Generator)55
3.5.3PWM脈沖發生器(PWM Generator)56
3.5.4脈沖信號發生器(Pulse Generator) 58
3.6常用測量元件的仿真模型59
3.6.1電壓測量(Voltage Measurement)59
3.6.2電流測量(Current Measurement )59
3.6.3三相電壓電流測量(Three-Phase V-I Measurement )60
3.6.4選路器或選擇開關(Selector) 61
3.7用“SimPowerSystems”創建系統仿真模型62
第4章控制系統數學模型的MATLAB實現64
4.1設置或修改LTI對象的屬性值函數set() 64
4.2控制系統數學模型 65
4.3控制系統模型轉換與化簡 69
4.4用系統Simulink結構圖模型化簡控制系統模型71
習題73
第5章連續系統時域分析的 MATLAB 實現76
5.1Laplace變換及反變換的MATLAB實現76
5.1.1MATLAB系統中Laplace變換與反變換的函數命令76
5.1.2兩個特殊函數的表示法76
5.1.3計算函數的Laplace變換77
5.1.4計算用圖形表示函數的Laplace變換79
5.1.5利用留數將象函數表達式展成部分分式83
5.1.6用Laplace反變換求原函數84
5.1.7Laplace變換的卷積與卷積定理85
5.1.8用Laplace變換定義傳遞函數86
5.1.9用Laplace反變換求解微分方程 88
5.2MATLAB函數指令方式下的時域響應仿真91
5.2.1一階系統時域分析的MATLAB實現91
5.2.2二階及高階系統時域分析的MATLAB實現 93
5.3利用Simulink動態結構圖的時域響應仿真99
5.3.1解算系統閉環傳遞函數的兩種方法99
5.3.2利用Simulink動態結構圖模型程序方式下的時域響應仿真 99
5.3.3在Simulink模型窗口里菜單方式下的時域響應仿真 100
習題102
第6章連續系統穩定性分析的 MATLAB 實現104
6.1代數穩定判據的MATLAB實現104
6.1.1用系統特征方程的根判定系統穩定性104
6.1.2用Lienard-Chipard穩定判據判定系統穩定性 105
6.2用根軌跡法判定系統穩定性的MATLAB實現106
6.3用頻率法判定系統穩定性的MATLAB實現110
6.3.1用Bode圖法判斷系統穩定性110
6.3.2用Nyquist曲線法判斷系統穩定性 112
習題115
第7章連續系統穩態誤差計算的 MATLAB 實現117
7.1控制系統的靜態誤差系數與動態誤差系數117
7.2三種典型信號給定輸入作用下的穩態誤差120
7.3從輸出端定義的非單位負反饋系統的誤差的計算123
7.4擾動輸入作用下的穩態誤差計算124
7.5繪制誤差響應曲線125
習題127
第8章連續系統根軌跡分析的 MATLAB 實現130
8.1控制系統根軌跡分析的MATLAB實現130
8.1.1根軌跡分析MATLAB實現的函數指令格式130
8.1.2根軌跡分析的MATLAB實現舉例 131
8.2基于根軌跡的設計工具139
習題142
第9章連續系統頻域分析的 MATLAB 實現143
9.1控制系統的頻率特性143
9.2控制系統Bode圖及其模值裕度與相位裕度146
9.3控制系統Nyquist曲線150
習題153
第10章描述函數法分析非線性系統的 MATLAB 實現155
10.1非線性系統特性簡述155
10.2非線性系統自振155
10.2.1非線性系統的典型結構155
10.2.2自動控制系統中典型非線性特性 156
10.3非線性系統自振分析157
10.4描述函數法分析非線性系統自振的MATLAB實現158
習題173
第11章離散系統分析與校正的MATLAB實現175
11.1用MATLAB工具解算z變換與z反變換175
11.2差分方程的z變換解法177
11.3離散控制系統的脈沖傳遞函數178
11.4離散系統時域分析的MATLAB實現182
11.4.1離散系統時域響應的MATLAB實現182
11.4.2離散系統穩定性分析的MATLAB實現185
11.4.3離散系統穩態誤差計算的MATLAB實現 185
11.5離散系統根軌跡分析的 MATLAB實現186
11.6離散系統動態性能分析的MATLAB實現再舉例189
11.7線性離散系統數字校正的MATLAB實現193
11.7.1數字控制器的脈沖傳遞函數193
11.7.2最少拍系統的設計193
11.7.3離散系統數字校正的MATLAB實現194
習題195
第12章連續線性控制系統校正設計的MATLAB實現197
12.1控制系統校正設計幾個問題的說明197
12.2控制系統Bode圖校正設計的MATLAB實現199
12.2.1控制系統Bode 圖常規設計法超前校正設計的MATLAB實現199
12.2.2控制系統Bode 圖常規設計法滯后校正設計的MATLAB實現 200
12.3控制系統根軌跡設計的MATLAB實現206
12.3.1控制系統根軌跡超前校正設計的MATLAB實現206
12.3.2控制系統根軌跡滯后校正設計的MATLAB實現 208
12.4控制系統P、PI、PID校正設計的MATLAB實現210
12.4.1控制系統Ziegler-Nichols整定公式校正設計的MATLAB實現211
12.4.2控制系統Cohen-Coon整定公式的校正設計的MATLAB實現211
12.4.3控制系統最優控制(誤差積分指標最優) 校正設計的MATLAB實現212
12.4.4控制系統穩定邊界法的P、PI、PID校正設計的MATLAB實現 215
習題218
第13章自動控制系統的 MATLAB計算及仿真219
13.1簡單閉環控制的MATLAB 計算及仿真 219
13.2多閉環控制系統MATLAB 計算及仿真 225
13.3轉速負反饋閉環直流調速系統的SimPowerSystems模型仿真232
13.3.1單閉環直流脈寬PWM-M調速系統的SimPowerSystems模型仿真232
13.3.2轉速微分負反饋雙環直流V-M調速系統的SimPowerSystems模型仿真235
13.4位置隨動系統的MATLAB仿真與穩態誤差分析237
13.4.1位置隨動系統的動態校正設計237
13.4.2位置隨動系統的穩態誤差分析243
13.5過程控制系統的MATLAB 計算及仿真246
13.5.1簡單回路控制系統的動態校正設計 246
13.5.2前饋控制系統的MATLAB計算及仿真249
13.5.3大延遲控制系統的MATLAB 動態校正設計252
習題256
第14章線性系統狀態空間分析的MATLAB 實現259
14.1系統狀態空間描述及其狀態方程求解259
14.1.1狀態空間表達式的建立259
14.1.2求控制系統的狀態轉移矩陣Φ(t)262
14.1.3求控制系統的傳遞矩陣G(s)264
14.1.4求控制系統的特征方程、特征值及特征向量265
14.1.5求控制系統的狀態方程的解266
14.1.6連續系統狀態方程的離散化266
14.2系統狀態方程的線性變換267
14.2.1控制系統的P變換267
14.2.2控制系統的P-1變換268
14.2.3將狀態方程化為對角標準型269
14.2.4將狀態方程化為約當標準型272
14.3線性系統的可控性與可觀性274
14.3.1線性系統的可控性274
14.3.2線性系統的可觀性 277
14.4系統狀態反饋與狀態觀測器281
14.4.1系統的極點配置281
14.4.2系統的狀態觀測器283
14.4.3系統的狀態降維觀測器 286
14.5Lyapunov系統穩定性分析的MATLAB實現294
14.5.1李雅普諾夫函數與李雅普諾夫函數方程295
14.5.2李雅普諾夫穩定性理論 295
習題296
第15章線性二次型最優控制的MATLAB 實現300
15.1連續系統線性二次型最優控制的MATLAB實現300
15.2離散系統線性二次型最優控制的MATLAB實現303
15.3最優觀測器(Kalman濾波)的MATLAB實現304
15.4線性二次型Gauss最優控制器的MATLAB實現 306
習題308
第2部分控制系統MATLAB計算及仿真的實驗實訓
第16章MATLAB仿真基礎實驗實訓309
【實驗實訓161】MATLAB 7.5系統的安裝、啟動與卸載309
【實驗實訓162】MATLAB 7.5系統界面、菜單認識與內容查找310
【實驗實訓163】Simulink 7.0系統界面與菜單認識310
【實驗實訓164】典型模塊的參數設置310
【實驗實訓165】仿真模型圖的繪制311
【實驗實訓166】程序方式下與Notebook方式下運行MATLAB程序311
第17章自動控制原理MATLAB實驗實訓312
【實驗實訓171】控制系統數學模型的 MATLAB 實現312
【實驗實訓172】連續系統時域分析的 MATLAB 實現312
【實驗實訓173】控制系統穩定性分析的 MATLAB 實現313
【實驗實訓174】控制系統穩態誤差分析的MATLAB實現313
【實驗實訓175】控制系統根軌跡分析的 MATLAB 實現313
【實驗實訓176】控制系統頻域分析的 MATLAB 實現314
【實驗實訓177】描述函數分析非線性系統的 MATLAB 實現314
【實驗實訓178】離散系統分析與校正的 MATLAB 實現314
【實驗實訓179】線性系統狀態空間分析的MATLAB實現315
【實驗實訓1710】線性二次型最優控制的MATLAB 仿真315
第18章連續控制系統校正設計的MATLAB實驗實訓316
【實驗實訓181】Bode圖常規設計超前、滯后校正的MATLAB實現316
【實驗實訓182】Bode圖非常規滯后、超前校正的MATLAB實現316
【實驗實訓183】根軌跡解析法超前、滯后校正的MATLAB實現316
【實驗實訓184】用ZieglerNichols公式進行P、PI、PID校正的MATLAB實現317
【實驗實訓185】用CohenCoon公式進行P、PI、PD、PID校正的MATLAB實現317
【實驗實訓186】用IAE、ISE、ITAE積分值最小準則公式進行P、PI、PID校正的MATLAB實現317
【實驗實訓187】用穩定邊界法進行P、PI、PID校正的MATLAB實現318
第19章生產過程控制系統MATLAB仿真實驗實訓319
【實驗實訓191】簡單回路控制系統的MATLAB計算及仿真 319
【實驗實訓192】前饋控制系統的MATLAB計算及仿真319
【實驗實訓193】大延遲控制系統的MATLAB計算及仿真319
【實驗實訓194】串級控制系統的MATLAB計算及仿真 320
第3部分控制系統MATLAB計算及仿真課程設計與畢業設計實訓
第20章自動控制仿真課程設計與畢業設計實訓322
【課程設計實訓201】根軌跡分析的MATLAB計算及仿真322
【課程設計實訓202】離散系統MATLAB計算及仿真325
【課程設計實訓203】過程控制系統的MATLAB計算及仿真331
【課程設計實訓204】控制系統狀態空間分析的MATLAB設計334
【畢業設計實訓205】單閉環直流調速系統設計 339
【畢業設計實訓206】雙閉環直流調速系統數學模型與SimPowerSystems模型仿真345
附錄自編函數351
參考文獻392