MATLAB 7輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

第1章 緒論 1
1.1 控制系統(tǒng)概述 1
1.1.1 控制理論發(fā)展綜述 1
1.1.2 控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 2
1.2 MATLAB 7簡介 3
1.2.1 MATLAB的發(fā)展歷史 3
1.2.2 MATLAB的語言特點(diǎn) 4
1.2.3 MATLAB 7的新特點(diǎn) 4
1.3 MATLAB 7中的控制產(chǎn)品 6
1.3.1 MATLAB 7控制產(chǎn)品概述 6
1.3.2 控制系統(tǒng)工具箱6.0 6
1.3.3 Simulink 6.0 7
1.3.4 其他控制相關(guān)產(chǎn)品 8
第2章 控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 9
2.1 引言 9
2.2 經(jīng)典控制理論基礎(chǔ) 10
2.2.1 傳遞函數(shù)模型 10
2.2.2 零極點(diǎn)增益模型 11
2.2.3 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 12
2.2.4 控制系統(tǒng)的頻域分析 13
2.2.5 控制系統(tǒng)的根軌跡分析 15
2.3 現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ) 16
2.3.1 狀態(tài)空間模型 17
2.3.2 控制系統(tǒng)的可控性與可觀測性 17
2.3.3 最優(yōu)控制理論 18
2.3.4 魯棒控制理論 21
2.4 智能控制理論基礎(chǔ) 24
2.4.1 智能控制理論概述 24
2.4.2 模糊控制系統(tǒng) 25
2.4.3 神經(jīng)控制系統(tǒng) 27
第3章 MATLAB 7使用基礎(chǔ) 33
3.1 MATLAB 7的安裝 33
3.2 MATLAB 7的編程環(huán)境 35
3.2.1 MATLAB的工作空間 36
3.2.2 MATLAB的命令窗口 37
3.2.3 MATLAB的程序編輯器 38
3.2.4 MATLAB的幫助文件 38
3.3 MATLAB數(shù)值運(yùn)算基礎(chǔ) 39
3.3.1 差分方程的求解 39
3.3.2 微分方程的求解 40
3.3.3 矩陣代數(shù)與矩陣運(yùn)算 43
3.4 MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 47
3.4.1 M文件編程 47
3.4.2 常用編程語句 51
3.4.3 路徑設(shè)置 53
第4章 Simulink 6.0使用基礎(chǔ) 55
4.1 Simulink庫模塊簡介 55
4.1.1 連續(xù)（Continuous）模塊組 56
4.1.2 非連續(xù)（Discontinuities）模塊組 58
4.1.3 離散（Discrete）模塊組 60
4.1.4 數(shù)學(xué)運(yùn)算（Math Operations）模塊組 61
4.1.5 接收器（Sinks）模塊組 64
4.1.6 輸入源（Sources）模塊組 66
4.2 Simulink基本建模方法 68
4.2.1 模型窗口的建立 69
4.2.2 模塊的操作 69
4.2.3 信號線的操作 71
4.2.4 模型的運(yùn)行 72
4.2.5 模型的保存 76
4.2.6 模型的打印 76
4.3 Simulink模型舉例 77
4.3.1 模型演示 77
4.3.2 模型創(chuàng)建 80
4.4 子系統(tǒng)與模塊封裝技術(shù) 87
4.4.1 Simulink子系統(tǒng) 87
4.4.2 封裝模塊 90
4.4.3 創(chuàng)建模塊庫 95
4.5 S-函數(shù)的編寫及應(yīng)用 96
4.5.1 用MATLAB語句編寫S-函數(shù) 96
4.5.2 S-函數(shù)設(shè)計(jì)舉例 98
第5章 MATLAB 7控制系統(tǒng)建模 101
5.1 控制系統(tǒng)工具箱函數(shù) 101
5.1.1 模型建立函數(shù) 104
5.1.2 模型變換函數(shù) 112
5.1.3 模型簡化函數(shù) 114
5.1.4 模型實(shí)現(xiàn)函數(shù) 115
5.1.5 模型特性函數(shù) 117
5.1.6 方程求解函數(shù) 120
5.1.7 時(shí)域響應(yīng)函數(shù) 121
5.1.8 頻域響應(yīng)函數(shù) 125
5.1.9 根軌跡函數(shù) 132
5.2 控制系統(tǒng)工具箱建模 134
5.2.1 傳遞函數(shù)模型 135
5.2.2 狀態(tài)方程模型 138
5.2.3 零極點(diǎn)模型 141
5.2.4 連接結(jié)構(gòu)的模型表示 145
5.2.5 模型轉(zhuǎn)換 148
第6章 MATLAB 7控制系統(tǒng)分析 153
6.1 系統(tǒng)的時(shí)域分析 153
6.1.1 階躍響應(yīng)分析 153
6.1.2 沖激響應(yīng)分析 157
6.1.3 任意輸入的時(shí)域響應(yīng)分析 162
6.2 系統(tǒng)的根軌跡分析 165
6.2.1 函數(shù)指令方式 165
6.2.2 基于根軌跡的設(shè)計(jì)工具 170
6.3 系統(tǒng)的頻域分析 173
6.3.1 頻域響應(yīng)與Nyquist圖 174
6.3.2 Bode圖分析 178
6.3.3 Nichols圖 182
6.4 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 183
6.4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念 183
6.4.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析方法概述 185
6.4.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的MATLAB實(shí)現(xiàn) 185
6.5 系統(tǒng)的可控性與可觀測性分析 189
6.5.1 系統(tǒng)的可控性分析 190
6.5.2 系統(tǒng)的可觀測性分析 195
第7章 經(jīng)典控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 203
7.1 經(jīng)典控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 203
7.2 控制系統(tǒng)的根軌跡設(shè)計(jì) 204
7.2.1 根軌跡超前校正設(shè)計(jì) 205
7.2.2 根軌跡滯后校正設(shè)計(jì) 212
7.3 控制系統(tǒng)的波特圖設(shè)計(jì) 217
7.3.1 波特圖超前校正設(shè)計(jì) 217
7.3.2 波特圖滯后校正設(shè)計(jì) 221
7.3.3 波特圖滯后–超前校正設(shè)計(jì) 225
7.4 PID控制器設(shè)計(jì) 230
7.4.1 PID控制原理 231
7.4.2 PID控制器設(shè)計(jì) 233
第8章 現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 243
8.1 現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 243
8.2 極點(diǎn)配置與觀測器設(shè)計(jì) 243
8.2.1 極點(diǎn)配置 244
8.2.2 狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 248
8.2.3 狀態(tài)降維觀測器設(shè)計(jì) 251
8.3 線性二次型最優(yōu)控制器設(shè)計(jì) 255
8.3.1 線性二次型最優(yōu)控制概述 256
8.3.2 連續(xù)系統(tǒng)線性二次型最優(yōu)控制 256
8.3.3 離散系統(tǒng)線性二次型最優(yōu)控制 259
8.3.4 線性二次型Gauss最優(yōu)控制 260
8.4 魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 264
8.4.1 魯棒控制工具箱 265
8.4.2 H∞控制器設(shè)計(jì) 268
第9章 智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 273
9.1 智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 273
9.2 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 273
9.2.1 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 273
9.2.2 模糊邏輯工具箱 276
9.2.3 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 286
9.3 神經(jīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 291
9.3.1 神經(jīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 291
9.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱 292
9.3.3 神經(jīng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 302
第10章 MATLAB R14中的控制工程解決方案 311
10.1 前言 311
10.2 MATLAB R14中的控制工程解決方案 312
10.2.1 系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)環(huán)境 312
10.2.2 完整的設(shè)計(jì)工具 313
10.2.3 建模與算法設(shè)計(jì) 314
10.2.4 控制系統(tǒng)仿真 315
10.2.5 事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真 317
10.2.6 代碼生成與快速原型 319
10.2.7 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 321
10.2.8 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他支持 322
10.3 應(yīng)用案例 323
10.3.1 MATLAB輔助波音公司實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的著陸 323
10.3.2 MATLAB幫助豐田公司設(shè)計(jì)未來 325