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1.1　概述1

第1章 MATLAB简介1

1.2　桌面启动3

1.3　通用操作界面简介4

1.4　运行方式5

1.5　图形窗口6

1.6　帮助系统6

1.7　工具箱9

1.7.1　控制系统工具箱10

1.7.2　Simulink10

1.8　安装和内容选择11

1.7.3　其他解决控制领域问题的工具箱11

第2章 MATLAB基本使用方法及常用功能介绍13

2.1　应用基础13

2.1.1　最简单的计算器使用方法13

2.1.2　矩阵14

2.1.3　MATLAB的基本要素17

2.2　基本操作21

2.2.1　命令窗口21

2.2.2　命令历史窗口24

2.2.3　当前目录浏览器25

2.2.4　工作空间浏览器25

2.2.5　数组编辑器26

2.2.6　数据文件的存取27

2.3　数值运算28

2.3.1　向量及其运算28

2.3.2　数组及其运算30

2.3.3　基本数学函数运算33

2.3.4　矩阵的函数运算34

2.3.5　多项式及其运算37

2.4　符号运算41

2.4.1　符号对象的创建和使用41

2.4.2　符号运算中的运算符号和基本函数42

2.4.3　符号表达式的操作44

2.4.4　符号积分变换47

2.5　图形表达功能52

2.5.1　二维绘图52

2.5.2　图形注释57

2.5.3　特殊坐标绘图60

2.5.4　三维绘图63

2.5.5　句柄图形简介66

2.6　程序设计基础68

2.6.1　M文件68

2.6.2　M文件编辑／调试器72

2.6.3　程序设计基础73

3.1　控制系统的数学模型81

3.1.1　线性定常连续系统81

第3章 数学模型的MATLAB描述81

3.1.2　线性定常离散系统83

3.2　数学模型的建立83

3.2.1　传递函数模型84

3.2.2　状态空间模型88

3.2.3　零极点增益模型92

3.2.4　频率响应数据模型95

3.3　数学模型参数的获取98

3.4　数学模型的转换100

3.4.1 连续时间模型转换为离散时间模型100

3.4.2　离散时间模型转换为连续时间模型101

3.4.3　离散时间系统重新采样102

3.4.4　传递函数模型转换为状态空间模型103

3.4.5　传递函数模型转换为零极点增益模型104

3.4.6　状态空间模型转换为传递函数模型104

3.4.7　状态空间模型转换为零极点增益模型105

3.4.8　零极点增益模型转换为传递函数模型106

3.4.9　零极点增益模型转换为状态空间模型107

3.5　数学模型的连接108

3.5.1　优先原则108

3.5.2　串联连接109

3.5.3　并联连接110

3.5.4　反馈连接112

3.5.5　添加连接115

3.5.6　复杂模型的连接116

第4章　控制系统分析与设计120

4.1　控制系统的时域分析120

4.1.1　基本概念120

4.1.2　时域分析方法122

4.2　控制系统的频域分析144

4.2.1　基本概念144

4.2.2　频域分析方法146

4.3　控制系统根轨迹法160

4.3.1　基本概念160

4.3.2　根轨迹分析方法161

4.4.1　基本概念165

4.4　状态空间模型的线性变换及简化165

4.4.2　线性变换及简化168

4.5　状态空间法分析173

4.5.1　基本概念173

4.5.2　可控性与可观测性分析176

4.5.3　稳定性分析182

4.6　状态空间法设计184

4.6.1　基本概念184

4.6.2　极点配置问题求解185

4.7　线性二次型问题的最优控制187

4.7.1　最优控制的基本概念187

4.7.2　线性二次型最优控制问题及求解188

4.7.3　最优观测器问题及求解193

4.7.4　LQR/LQG设计196

第5章　基于Simulink的控制系统建模与仿真201

5.1　Simulink基本操作及模块库201

5.1.1　运行Simulink201

5.1.2　Simulink模块库202

5.1.3　Simulink模型窗口的组成203

5.2　Simulink模块库模块功能介绍204

5.2.1　常用模块组204

5.2.2　连续模块组205

5.2.3　非连续模块组206

5.2.4　离散模块组207

5.2.5　数学运算模块组209

5.2.6　信源模块组211

5.2.7　信宿模块组213

5.3　Simulink基本建模方法216

5.3.1　Simulink模型概念216

5.3.2　Simulink模型窗口的操作216

5.3.3　模块操作217

5.3.4　信号线的操作220

5.3.5　模型的注释222

5.4.1　仿真运行223

5.4.2　仿真参数的配置223

5.4　Simulink模型的仿真运行223

5.5　连续时间系统建模与仿真228

5.5.1　线性连续时间系统228

5.5.2　非线性连续时间系统237

5.6　离散时间系统建模与仿真246

5.6.1　离散时间系统建模概述246

5.6.2　线性定常离散时间系统建模与仿真247

5.6.3　非线性离散时间系统建模与仿真249

5.7　非线性系统的线性化250

5.7.1　非线性系统的工作点250

5.7.2　非线性系统的线性化250

5.7.3　应用线性化方法求系统的数学模型253

5.8　子系统创建及封装技术255

5.8.1　Simulink子系统及创建255

5.8.2　封装子系统259

5.8.3　创建模块库266

5.9　S函数及其应用267

5.9.1　S函数的概念267

5.9.2　Simulink的仿真机理268

5.9.3　S函数的基本结构269

5.9.4 S函数设计举例272

第6章　反馈控制系统分析与设计工具278

6.1 LTI Viewer及使用278

6.1.1 LTI Viewer显示窗口279

6.1.3 图形窗口中显示曲线的设置280

6.1.2　模型数据的导入280

6.1.4　多种响应形式的配置282

6.1.5　多个模型曲线的显示282

6.1.6　模型显示的选择284

6.2 SISO设计工具及使用284

6.2.1 SISO设计工具窗口286

6.2.2　系统数据的导入287

6.2.3　响应曲线的设定287

6.2.4　右击菜单的使用288

6.2.5　Bode图设计方法288

6.2.6　根轨迹设计方法296

6.2.7　校正装置及模型参数的导出301

6.2.8　将模型参数导出至Simulink仿真模型302

6.3　Simulink响应最优化软件包303

6.3.1　控制系统优化设计概述303

6.3.2　SRO功能及模块库304

6.3.3　给定性能指标的优化设计307

6.3.4　跟踪参考信号的优化设计311

6.3.5　模型参数不确定的优化设计315

第7章　MATLAB应用案例318

7.1　直流电动机速度控制318

7.1.1　直流电动机的数学模型318

7.1.2　数学模型的MATLAB描述319

7.1.4　前馈校正设计320

7.1.3 电枢电压ua（t）作用下的单位阶跃响应320

7.1.5　反馈校正设计321

7.1.6　LQR校正设计322

7.2　计算机硬盘读／写磁头位置控制器设计323

7.2.1 硬盘读／写磁头的数学模型及MATLAB描述324

7.2.2　模型离散化及性能分析324

7.2.3 附加超前校正装置及性能分析326

7.2.4 闭环控制系统设计与性能分析327

7.3　飞机偏航阻尼器设计329

7.3.1　数学模型及MATLAB描述329

7.3.2　校正前系统性能分析331

7.3.3　校正装置设计334

7.3.4　校正后系统性能分析337

7.4　飞行器控制系统综合与分析339

7.4.1　飞行器控制系统数学模型339

7.4.2　飞行器控制系统综合与分析的内容340

7.4.3　校正装置参数优化设计341

7.4.4　时域性能分析343

7.4.5　频域性能分析345

附录A MATLAB Notebook与Microsoft Word的连接348

A.1 Notebook的安装与启动348

A.2 Notebook的使用349

A.3 使用Notebook的注意事项352

附录B 缩略词表353

参考文献354