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| 內容簡介： |
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本书从应用角度出发，系统地介绍了MATLABSimulink及其在自动控制中的应用。内容包括自动控制系统与仿真基础知识、MATLAB计算及仿真基础、Simulink仿真基础、控制系统数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统校正与综合、线性系统状态空间分析、线性系统状态空间设计、非线性系统、离散控制系统、*控制等。各章通过精心设计的应用实例、综合实例和习题来帮助读者理解和掌握自动控制原理以及MATLABSimulink相关功能和工具的使用。
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| 關於作者： |
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王正林，男，高级工程师，毕业于北京科技大学，2007年获自动化专业博士学位，长期从事MATLAB应用的科研工作，具有丰富的科研实践。
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| 目錄：
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目录
第1章自动控制系统与仿真概述1
1.1引言1
1.2自动控制系统基本概念1
1.2.1开环控制系统与闭环控制系统2
1.2.2闭环控制系统组成结构3
1.2.3反馈控制系统品质要求4
1.3自动控制系统分类4
1.3.1线性系统和非线性系统5
1.3.2离散系统和连续系统5
1.3.3恒值系统和随动系统6
1.4控制系统仿真基本概念6
1.4.1计算机仿真基本概念7
1.4.2控制系统仿真8
1.4.3控制系统计算机仿真基本过程9
1.4.4计算机仿真技术发展趋势9
1.5MATLABSimulink下的控制系统仿真10
1.5.1MATLAB适合控制系统仿真的特点10
1.5.2Simulink适合控制系统仿真的特点10
1.6MATLAB中控制相关的工具箱11
1.7Python中控制系统相关的包13
1.7.1Python与MATLAB对比14
1.7.2Python的控制系统包14
第2章MATLAB计算基础15
2.1引言15
2.2MATLAB概述15
2.2.1MATLAB发展历程15
2.2.2MATLAB系统构成16
2.2.3MATLAB 常用工具箱17
2.3MATLAB桌面操作环境17
2.3.1MATLAB启动和退出17
2.3.2MATLAB命令行窗口18
2.3.3MATLAB工作区19
2.3.4MATLAB文件管理20
2.3.5MATLAB帮助使用20
2.4MATLAB数值计算21
2.4.1MATLAB数值类型21
2.4.2矩阵运算23
2.5关系运算和逻辑运算26
2.6符号运算27
2.6.1符号运算基础27
2.6.2控制系统中常用的符号运算28
2.7复数和复变函数运算29
2.7.1复数运算基础29
2.7.2拉普拉斯变换及反变换32
2.7.3Z变换及其反变换33
2.8MATLAB常用绘图命令35
2.9MATLAB程序设计38
2.9.1MATLAB程序类型38
2.9.2MATLAB程序流程控制39
2.9.3MATLAB程序基本设计原则41
第3章Simulink仿真42
3.1引言42
3.2Simulink仿真概述42
3.2.1Simulink的启动与退出43
3.2.2Simulink建模仿真44
3.3Simulink的模块库简介46
3.3.1Simulink模块库分类46
3.3.2控制系统仿真中常用的模块47
3.3.3控制系统仿真中常用的Blockset48
3.4Simulink功能模块的处理49
3.4.1Simulink模块参数设置49
3.4.2Simulink模块的基本操作50
3.4.3Simulink模块间的连线处理51
3.5Simulink仿真设置52
3.5.1仿真器参数设置52
3.5.2工作空间数据导入导出设置55
3.6Simulink仿真举例56
3.7Simulink自定义功能模块65
3.7.1自定义功能模块的创建65
3.7.2自定义功能模块的封装65
3.8S函数设计与应用67
3.8.1S函数设计模板67
3.8.2S函数设计举例69
第4章控制系统数学模型73
4.1引言73
4.2动态过程微分方程描述73
4.3拉氏变换与控制系统模型76
4.4数学模型描述78
4.4.1传递函数模型78
4.4.2零极点形式的数学模型79
4.4.3状态空间模型80
4.5MATLABSimulink在模型中的应用80
4.5.1多项式处理相关的函数80
4.5.2建立传递函数相关的函数81
4.5.3建立零极点形式的数学模型相关函数82
4.5.4建立状态空间模型相关的函数82
4.5.5Simulink中的控制系统模型表示83
4.5.6Simulink中模型与状态空间模型的转化84
4.5.7应用实例84
4.6系统模型转换及连接88
4.6.1模型转换88
4.6.2模型连接90
4.6.3模型连接的MATLAB实现91
4.7非线性数学模型的线性化93
4.8综合实例及MATLABSimulink应用94
习题98
第5章时域分析法100
5.1引言100
5.2时域响应分析100
5.2.1典型输入100
5.2.2线性系统时域响应一般求法102
5.2.3时域响应性能指标103
5.2.4一阶和二阶系统的时域响应104
5.2.5高阶系统的时域分析108
5.3MATLABSimulink在时域分析中的应用110
5.3.1时域分析中MATLAB函数的应用110
5.3.2时域响应性能指标求取114
5.3.3二阶系统参数对时域响应性能的影响117
5.3.4改善系统时域响应性能的一些措施120
5.3.5LTI Viewer应用124
5.4稳定性分析128
5.4.1稳定性基本概念128
5.4.2稳定性判据129
5.4.3稳态误差分析132
5.4.4MATLAB在稳定性分析中的应用136
5.5综合实例及MATLABSimulink应用137
习题145
第6章根轨迹分析法147
6.1引言147
6.2根轨迹定义147
6.3根轨迹法基础148
6.3.1幅值条件和相角条件148
6.3.2绘制根轨迹的一般法则150
6.3.3与根轨迹分析相关的MATLAB函数152
6.3.4根轨迹分析与设计工具rltool154
6.3.5利用MATLAB绘制根轨迹图举例156
6.4其他形式的根轨迹160
6.4.1正反馈系统的根轨迹160
6.4.2参数根轨迹160
6.4.3时滞系统的根轨迹161
6.4.4利用MATLAB绘制其他形式的根轨迹举例162
6.5用根轨迹法分析系统的暂态特性164
6.6综合实例及MATLABSimulink应用167
习题170
第7章频域分析法173
7.1引言173
7.2频率特性基本概念173
7.2.1频率特性定义174
7.2.2频域分析法的特点174
7.2.3频域性能指标175
7.3频率特性的表示方法176
7.3.1极坐标图（Nyquist图）176
7.3.2对数坐标图（Bode图）176
7.3.3对数幅相图（Nichols图）177
7.3.4典型环节的频率特性177
7.4系统开环频率特性作图180
7.4.1开环对数频率特性作图180
7.4.2开环极坐标作图181
7.5频率响应分析181
7.5.1开环频率特性的性能分析181
7.5.2闭环频率特性的性能分析183
7.6MATLAB在频率法中的应用187
7.6.1求取和绘制频率响应曲线相关的函数187
7.6.2应用实例188
7.7频率法的稳定性分析192
7.7.1Nyquist稳定判据192
7.7.2稳定裕度194
7.7.3MATLAB在稳定性分析中的应用196
7.8综合实例及MATLABSimulink应用199
习题201
第8章控制系统校正与综合203
8.1引言203
8.2控制系统校正与综合基础203
8.2.1控制系统性能指标203
8.2.2控制系统校正概述205
8.3PID控制器设计及MATLABSimulink应用206
8.3.1PID控制器概述206
8.3.2比例（P）控制207
8.3.3比例微分（PD）控制209
8.3.4积分（I）控制210
8.3.5比例积分（PI）控制211
8.3.6比例积分微分（PID）控制212
8.3.7PID控制器参数整定212
8.4控制系统校正的根轨迹法223
8.4.1基于根轨迹法的超前校正223
8.4.2基于根轨迹法的滞后校正224
8.4.3基于根轨迹法的超前滞后校正224
8.4.4MATLABSimulink在根轨迹法校正中的应用225
8.5控制系统校正的频率响应法232
8.5.1基于频率法的超前校正232
8.5.2基于频率法的滞后校正233
8.5.3MATLABSimulink在频率响应法校正中的应用233
8.6综合实例及MATLABSimulink应用238
习题243
第9章线性系统状态空间分析245
9.1引言245
9.2线性系统状态空间基础245
9.2.1状态空间基本概念245
9.2.2状态空间实现247
9.2.3状态空间的标准型255
9.2.4状态方程求解258
9.2.5MATLABSimulink在线性系统状态空间描述中的应用264
9.3线性系统的状态可控性与状态可观性269
9.3.1状态可控性270
9.3.2状态可观性271
9.3.3对偶系统和对偶原理272
9.3.4可控标准型和可观标准型273
9.3.5MATLABSimulink在可控和可观标准型中的应用276
9.4线性系统稳定性分析280
9.4.1稳定性分析基础280
9.4.2李雅普诺夫稳定性分析281
9.4.3MATLABSimulink在李雅普诺夫稳定性分析中的应用284
9.5综合实例及MATLABSimulink应用285
习题288
第10章线性系统状态空间设计291
10.1引言291
10.2状态反馈与极点配置291
10.2.1状态反馈292
10.2.2输出反馈293
10.2.3极点配置294
10.2.4MATLABSimulink在极点配置中的应用296
10.3状态观测器300
10.3.1状态观测器的基本概念301
10.3.2全维状态观测器302
10.3.3降维状态观测器307
10.3.4MATLABSimulink在状态观测器设计中的应用310
10.4综合实例及MATLABSimulink应用311
习题316
第11章非线性系统319
11.1引言319
11.2非线性系统概述319
11.2.1非线性控制理论发展概况319
11.2.2典型非线性特性320
11.2.3Simulink中的非线性模块322
11.3相平面法324
11.3.1相平面法基础知识325
11.3.2MATLABSimulink在相轨迹图绘制中的应用326
11.4描述函数法333
11.4.1描述函数基本概念333
11.4.2描述函数定义333
11.4.3描述函数的计算335
11.4.4非线性系统的稳定性分析336
11.5MATLABSimulink在非线性系统分析中的应用337
11.6综合实例及MATLABSimulink应用340
习题345
第12章离散控制系统346
12.1引言346
12.2离散控制系统基本概念346
12.2.1离散控制系统概述346
12.2.2离散信号的数学描述348
12.3离散控制系统的研究方法351
12.3.1线性连续与离散控制系统研究方法类比352
12.3.2MATLAB中的离散控制系统相关的函数352
12.4Z变换353
12.4.1离散信号的Z变换353
12.4.2Z变换与Z反变换常用方法355
12.5离散控制系统数学模型358
12.5.1离散系统时域数学模型358
12.5.2离散系统频域数学模型360
12.6离1
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第4版前言
本书自2005年第1版出版以来，十余年一直受到读者的欢迎与好评，而且已经被国内多所院校作为电子信息类课程的教材和教辅参考书，根据读者的需求、控制系统的发展，以及 MATLABSimulink软件版本的升级，我们再次进行了升级完善。
社会生产力的不断发展和人们生活质量的不断提高，必将对控制理论、技术、系统与应用提出越来越多、越来越高的要求，因此有必要进一步加强、加深对这方面的研究。作为控制理论与控制工程及其计算机仿真的强有力工具，MATLABSimulink得到了业界的一致认可，在控制系统仿真、分析与设计方面得到了广泛应用，其自身也因此得到了迅速发展，功能不断扩充。实践已表明MATLABSimulink的确是一个功能强大、形象逼真、便于操作的仿真软件工具。
为了更好地推动MATLABSimulink在控制系统仿真、分析与设计中的应用，在借鉴以往类似书籍与教材经验并弥补其中不足的基础上，我们结合日常的科研和教学工作编撰了此书。全书从实用角度出发，通过大量典型的样例，对MATLABSimulink的功能、操作及其在自动控制中的应用进行详细论述。书中所述的大部分内容和例子，我们均已在本科生和研究生有关控制理论与控制工程的科研和教学实践中做过试验与验证，是我们多年来教学与科研的结晶。
全书共13章，内容包括MATLABSimulink介绍、控制系统数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统校正与综合、线性系统状态空间分析与设计、非线性系统、离散控制系统等。各章通过精心设计的应用实例来帮助读者理解并掌握自动控制原理，以及MATLABSimulink在控制系统仿真中的应用。全书内容深入浅出、图文并茂，各章节之间既相互联系又相对独立，读者可根据自己需要选择阅读。本书既可作为自动控制、电气工程、机械电子、信息、计算机仿真、计算机应用等大专院校学生和研究生教学参考用书，也可供相关领域工程技术和研究人员参考。
对已故恩师汪仁先教授表示衷心的感谢。
在本书编写过程中，孙一康教授、余达太教授、尹怡欣教授、安世奇教授、刘增良教授、彭开香教授给予了大力指导与支持，在此一并表示感谢。
由于时间仓促、作者水平和经验有限，书中错漏之处在所难免，敬请读者指正。
编著者
2017年3月
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