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绪论1

第1章 控制系统模型描述及仿真5

1.1 连续系统的传递函数模型5

1.1.1 连续系统传递函数模型的描述方法5

1.1.2 传递函数框图的处理7

1.2 离散系统的传递函数模型15

1.2.1 离散系统传递函数模型的描述方法15

1.2.2 连续、离散系统传递函数模型的相互转换15

1.3 连续系统状态空间模型19

1.3.1 连续系统的状态方程及其框图19

1.3.2 连续系统状态空间模型的传递函数矩阵19

1.3.3 连续系统状态空间模型描述的MATLAB主要指令20

1.3.4 连续系统状态空间模型的典型连接［6］23

1.4 离散系统状态空间模型58

1.4.1 离散系统状态方程及其框图58

1.4.2 离散状态空间描述的MATLAB主要指令58

1.4.3 离散与连续状态空间描述的相互转换64

第2章 控制系统时域特性的分析与仿真67

2.1 典型输入信号时域响应仿真的主要命令67

2.1.1 典型输入信号的定义67

2.1.2 时域响应的MATLAB主要命令71

2.2 一阶控制系统的时域响应79

2.2.1 一阶控制系统的传递函数79

2.2.2 一阶控制系统的时域响应80

2.2.3 一阶控制系统时域响应的仿真实例82

2.3 二阶控制系统的时域响应88

2.3.1 二阶控制系统的传递函数88

2.3.2 二阶控制系统的时域响应89

2.3.3 二阶控制系统时域响应的仿真实例92

2.4 高阶控制系统的时域响应98

2.4.1 高阶控制系统的传递函数及其分解98

2.4.2 高阶控制系统的时域特性99

2.4.3 高阶控制系统时域特性仿真的MATLAB主要命令100

2.4.4 高阶控制系统时域特性的仿真实例102

2.5 状态空间模型的时域响应105

2.5.1 状态方程的解105

2.5.2 求解状态方程的MATLAB命令105

2.5.3 状态方程时域响应的仿真实例108

2.6 离散系统的时域响应115

2.6.1 离散系统时域响应的MATLAB主要命令115

2.6.2 离散系统时域响应的仿真实例117

2.6.3 离散状态方程的解121

第3章 线性控制系统频域特性的分析与仿真128

3.1 频率特性概述128

3.1.1 频率特性的定义128

3.1.2 频率特性与传递函数的关系128

3.1.3 幅频特性和相频特性的常用求法129

3.2 频率特性的图形描述130

3.2.1 频率特性中的奈奎斯特图130

3.2.2 频率特性中的伯德图131

3.2.3 频率特性中的尼科尔斯图131

3.3 频率特性仿真的MATLAB函数133

3.3.1 频率特性的符号运算133

3.3.2 频率特性的数字仿真命令134

3.4 频率特性仿真实例136

3.4.1 单输入单输出系统频率特性仿真实例136

3.4.2 多输入多输出系统频率特性仿真实例138

3.5 控制系统根轨迹图的仿真与分析141

3.5.1 控制系统的根轨迹概述141

3.5.2 控制系统根轨迹图的MATLAB命令143

3.6 根轨迹图仿真分析实例148

3.6.1 单输入单输出系统根轨迹图仿真实例148

3.6.2 多输入多输出系统根轨迹图仿真实例150

第4章 控制系统的稳定性分析与仿真153

4.1 控制系统稳定性的基本描述153

4.2 连续控制系统的稳定性判据153

4.3 连续控制系统的稳定性判定及仿真154

4.4 离散控制系统的稳定性判定及仿真159

4.5 状态空间模型的稳定性判定及仿真163

4.5.1 状态空间模型开环、闭环结构及其稳定性判别163

4.5.2 状态空间模型稳定性判定仿真166

4.6 李雅普诺夫稳定性判定及仿真171

4.6.1 李雅普诺夫第一方法171

4.6.2 李雅普诺夫第二方法172

4.6.3 李雅普诺夫方程172

4.6.4 二次型函数和对称矩阵的定号性173

4.6.5 运用李雅普诺夫第二方法分析非线性系统的稳定性174

4.6.6 李雅普诺夫稳定性分析仿真175

第5章 控制系统的性能仿真分析187

5.1 控制系统的时域性能指标187

5.1.1 控制系统的稳态时域性能指标及仿真187

5.1.2 考虑扰动时控制系统的稳态误差及仿真191

5.1.3 控制系统的瞬态时域性能指标及仿真197

5.2 控制系统的频域性能指标201

5.2.1 控制系统的稳定性裕度及仿真201

5.2.2 闭环系统的频域性能指标及仿真205

5.2.3 频域、时域性能指标之间的关系209

第6章 控制系统的校正分析与仿真219

6.1 控制系统的相位超前校正219

6.2 控制系统的相位滞后校正230

6.3 控制系统的相位滞后—超前校正239

6.4 控制系统的PID校正252

6.4.1 模拟PID调节器原理252

6.4.2 模拟PID调节器的设计253

6.4.3 模拟PID校正仿真分析实例254

6.5 数字PID调节器的设计与仿真270

6.5.1 数字PID调节器的脉冲传递函数270

6.5.2 数字PID调节器的设计步骤271

6.5.3 数字PID调节器的设计仿真实例271

6.6 大林算法仿真分析276

6.6.1 大林算法的基本思路276

6.6.2 大林算法的实现277

6.6.3 大林算法的仿真分析278

6.7 史密斯预估补偿调节器仿真分析283

6.7.1 史密斯预估补偿调节器的基本原理283

6.7.2 史密斯预估补偿调节器的设计步骤284

6.7.3 史密斯预估补偿法的仿真分析285

参考文献289