《控制系统仿真与计算机辅助设计（第2版）/普通高等教育“十一五”国家级规划教材》以国际控制界首选的MATLAB/Simulink语言为主要工具，在全新的框架下对控制系统建模、仿真、分析与设计进行了较全面的介绍，内容包括：MATLAB语言的编程方法及其在各类数学问题求解中的应用；各类线性系统模型的表示方法与模型转换、系统辨识问题的求解方法；控制系统的计算机辅助分析；基于Simulink的控制系统建模仿真的方法；控制系统的计算机辅助设计算法；PID控制器与最优控制器设计；控制工程建模仿真应用技巧及半实物仿真等内容。

 

　　第1章  控制系统仿真与计算机辅助设计概述
　　1.1  控制理论和控制系统概述
　　1.1.1  自动控制理论的历史回顾
　　自动化科学作为一门学科起源于20世纪初，自动化科学与技术的基础理论来自于物理学等自然科学和数学、系统科学、社会科学等基础科学。自动控制理论在现代科学技术的发展中有着重要的地位，起着重要的作用。在第40届IEEE决策与控制年会的全会开篇报告中，美国学者John Doyle教授引用了国际著名学者，哈佛大学的何毓琦（LarryYu—Chi Ho）教授的新观点：“控制将是21世纪的物理学（Control will be the physics ofthe 21st century）。
　　自动控制系统的早期应用可以追溯到两千多年前古埃及的水钟控制与中国汉代的指南车控制，但当时未建立起自动控制的理论体系。1769年，英国科学家James Watt设计的内燃机引发了现代工业革命，1788年Watt为内燃机设计的飞锤调速器可以认为是最早的反馈控制系统的工程应用。由于当时应用的调速器会出现振荡现象，所以后来出现了Maxwell对微分方程系统稳定性的理论研究（1868年），他指出线性系统稳定的条件是其特征根均有负实部，Routh（1874年）和Hurwitz（1895年）等人提出了间接的稳定性判据，使得高阶系统稳定性判定成为可能。控制器的设计问题是由Minorsky在1922年开始研究的，其研究成果可以看成是现在广泛应用的PID控制器的前身，而1942年，Ziegler与Nichols提出了调节PID控制器参数的经验公式方法，此方法对当今的PID控制器整定仍有影响。
　　系统的频域分析技术是在Nyquist（1932年）、Bode（1945年）、Nichols（1946年）等进行的早期关于通信学科的频域研究工作的基础上建立起来的，Harris于1942年提出的传递函数概念将通信学科的频域技术移植到了控制领域，构成了控制系统频域法理论研究的基础。Evans在1946年提出的线性反馈系统的根轨迹分析技术是那个时代的另一个里程碑，在这些成果的基础上诞生了第一代控制理论一经典控制理论。
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出版说明
前言
第1章  控制系统仿真与计算机辅助设计概述
1.1  控制理论和控制系统概述
1.1.1  自动控制理论的历史回顾
1.1.2  控制系统分类
1.2  系统仿真与仿真语言工具概述
1.2.1  系统仿真与控制系统仿真
1.2.2  常规计算机语言的局限性
1.2.3  数学软件的发展
1.2.4  控制系统仿真与计算机辅助设计软件
1.3  本书主要结构及相关内容
1.3.1  本书结构概述
1.3.2  MATLAB语言的相关资源
1.3.3  书中的MATLAB代码
1.4  本章要点小结
1.5  习题
第2章  MATLAB语言--必备的基础知识
2.1  MATLAB的数据结构与语句结构
2.1.1  MATLAB语言的变量与常量
2.1.2  MATLAB的数据结构
2.1.3  MATLAB的基本语句结构
2.1.4  数据存储与读取
2.1.5  MATLAB语言的基本运算
2.2  MATLAB基本控制流程结构
2.2.1  循环结构
2.2.2  转移结构
2.2.3  开关结构
2.2.4  试探结构
2.3  MATLAB的M-函数设计
2.3.1  MATLAB 语言的函数的基本结构
2.3.2  可变输入输出个数的处理
2.4  MATLAB 的图形可视化
2.4.1  二维图形的绘制
2.4.2  三维图形的绘制
2.4.3  图形修饰
2.5  MATLAB的图形用户界面设计入门
2.5.1  图形界面设计工具
2.5.2  菜单设计系统
2.5.3  界面设计举例与技巧
2.6  MATLAB语言与数学问题计算机求解
2.6.1  线性代数问题的MATLAB求解
2.6.2  常微分方程问题的MATLAB求解
2.6.3  最优化问题的MATLAB求解
2.7  本章要点小结
2.8  习题
第3章  控制系统模型与转换
3.1  连续线性系统的数学模型
3.1.1  线性系统的传递函数模型
3.1.2  线性系统的状态方程模型
3.1.3  线性系统的零极点模型
3.1.4  多变量系统的传递函数矩阵模型
3.2  离散系统模型
3.2.1  离散传递函数模型
3.2.2  离散状态方程模型
3.3  框图描述系统的化简
3.3.1  控制系统的典型连接结构
3.3.2  纯时间延迟环节的处理
3.3.3  节点移动时的等效变换
3.3.4  复杂系统模型的简化
3.3.5  基于连接矩阵的结构图化简方法
3.4  系统模型的相互转换
3.4.1  连续模型和离散模型的相互转换
3.4.2  系统传递函数的获取
3.4.3  控制系统的状态方程实现
3.4.4  状态方程的最小实现
3.5  线性系统的模型降阶
3.5.1  Pad\e降阶算法与Routh降阶算法
3.5.2  时间延迟模型的Pad\e近似
3.5.3  带有时间延迟系统的次最优降阶算法
3.6  线性系统的模型辨识
3.6.1  连续系统的模型辨识
3.6.2  离散系统的模型辨识
3.6.3  辨识模型的阶次选择
3.6.4  离散系统辨识信号的生成
3.6.5  多变量离散系统的辨识
3.7  本章要点小结
3.8  习题
第4章  线性控制系统的计算机辅助分析
4.1  线性系统定性分析
4.1.1  线性系统稳定性分析
4.1.2  线性系统的线性相似变换
4.1.3  线性系统的可控性分析
4.1.4  线性系统的可观测性分析
4.1.5  Kalman规范分解
4.2  线性系统时域响应解析解法
4.2.1  基于状态方程的解析解方法
4.2.2  连续状态方程的直接积分求解方法
4.2.3  基于部分分式展开方法求解
4.2.4  二阶系统的阶跃响应及阶跃响应指标
4.3  线性系统的数字仿真分析
4.3.1  线性系统的时域响应
4.3.2  任意输入下系统的响应
4.4  根轨迹分析
4.5  线性系统频域分析
4.5.1  单变量系统的频域分析
4.5.2  利用频率特性分析系统的稳定性
4.5.3  多变量系统的频域分析
4.5.4  频域分析的复域空间扩展
4.6  本章要点小结
4.7  习题
第5章  Simulink在系统仿真中的应用
5.1  Simulink建模的基础知识
5.1.1  Simulink简介
5.1.2  Simulink下常用模块简介
5.1.3  Simulink下其他工具箱的模块组
5.2  Simulink建模与仿真
5.2.1  Simulink建模方法简介
5.2.2  仿真算法与控制参数选择
5.2.3  Simulink在控制系统仿真研究中的应用举例
5.3  非线性系统分析与仿真
5.3.1  分段线性的非线性环节
5.3.2  非线性系统的极限环研究
5.3.3  非线性环节的描述函数数值求取方法
5.3.4  非线性系统的线性化
5.4  子系统与模块封装技术
5.4.1  子系统概念及构成方法
5.4.2  模块封装方法
5.4.3  模块集构造
5.5  S-函数及其应用
5.5.1  S-函数的基本结构
5.5.2  用MATLAB编写S-函数举例
5.5.3  S-函数的封装
5.6  输出显示形式
5.7  本章要点小结
5.8  习题
第6章  控制系统计算机辅助设计
6.1  基于传递函数的控制器设计方法
6.1.1  串联超前滞后校正器
6.1.2  基于相位裕量的设计方法
6.1.3  控制系统工具箱中的设计界面
6.2  状态反馈控制
6.3  基于状态反馈的控制器设计方法
6.3.1  线性二次型指标最优调节器
6.3.2  极点配置控制器设计
6.3.3  观测器设计及基于观测器的调节器设计
6.4  多变量系统的解耦控制
6.4.1  状态反馈解耦控制
6.4.2  状态反馈的极点配置解耦系统
6.5  本章要点小结
6.6  习题
第7章  PID控制器与最优控制器设计
7.1  PID控制器及其建模
7.1.1  PID控制器概述
7.1.2  离散PID控制器
7.1.3  PID控制器的变形
7.2  过程系统的一阶延迟模型近似
7.2.1  由响应曲线识别一阶模型
7.2.2  基于频域响应的近似方法
7.2.3  基于传递函数的辨识方法
7.2.4  最优降阶方法
7.3  Ziegler-Nichols参数整定方法
7.3.1  Ziegler-Nichols经验公式
7.3.2  改进的Ziegler-Nichols算法
7.3.3  改进PID控制结构与算法
7.3.4  最优PID整定算法
7.3.5  大时间延迟的Smith预估器补偿
7.4  PID工具箱应用举例
7.4.1  基于FOLPD的PID控制器设计程序
7.4.2  下的PID控制器模块集
7.5  最优控制器设计
7.5.1  最优控制的概念
7.5.2  最优控制目标函数的选择
7.5.3  控制器参数寻优
7.5.4  基于MATLAB/的最优控制程序及其应用
7.5.5  最优控制程序的其他应用
7.6  最优PID控制器设计程序
7.7  本章要点小结
7.8  习题
第8章  控制工程中的仿真技术应用
8.1  电路和电子系统的建模与仿真
8.1.1  复杂系统的建模概述
8.1.2  SimPowerSystems简介
8.1.3  电路系统的建模与仿真
8.1.4  电子电路的建模与仿真
8.2  直流电机双闭环拖动系统的建模与仿真
8.2.1  晶闸管整流系统仿真模型
8.2.2  电机模型库及直流电机建模
8.3  半实物仿真系统及其应用
8.3.1  半实物仿真概述
8.3.2  dSPACE简介
8.3.3  dSPACE模块组
8.3.4  半实物仿真举例
8.4  本章要点小结
8.5  习题
附录
附录A  积分变换问题及MATLAB直接求解
A.1  Laplace变换及其反变换
A.2  Z变换及其反变换
A.3  Laplace变换和Z变换的计算机求解
A.4  本附录要点小结
A.5  习题
附录B  反馈系统分析与设计程序CtrlLAB简介
B.1  CtrlLAB的安装与运行
B.2  控制系统模型的输入与处理
B.3  反馈控制系统的分析
B.4  反馈控制系统计算机辅助设计
B.5  本附录要点小结
B.6  习题
参考文献