控制系统仿真

第1章　系统仿真概述　1 1.1　基本概念　1 1.1.1　系统的概念和类型　1 1.1.2　建模和数学模型　2 1.1.3　系统仿真　3 1.2　系统仿真　4 1.2.1　系统仿真的优点　4 1.2.2　仿真与数学求解(解析法)的关系　5 1.2.3　仿真的分类　5 1.2.4　系统仿真的工具　7 1.2.5　系统仿真的步骤　8 小结　9 习题　9 第2章　MATLAB基础　10 2.1　概论　10 2.1.1　MATLAB的发展历程和影响　10 2.1.2　MATLAB语言的特点　11 2.1.3　MATLAB命令平台　11 2.1.4　MATLAB文件系统　12 2.1.5　MATLAB工具箱　12 2.1.6　MATLAB的帮助系统　13 2.2　数据类型　14 2.2.1　数值类型　14 2.2.2　逻辑类型　14 2.2.3　字符和字符串　14 2.3　基本语法结构　15 2.3.1　变量与赋值语句　15 2.3.2　函数语句　16 2.4　MATLAB编程基础　17 2.4.1　MATLAB命令行操作　17 2.4.2　独立M文件　18 2.4.3　M函数　19 2.4.4　MATLAB编程知识和规则　20 2.4.5　MATLAB程序控制　21 小结　24 习题　24 第3章　MATLAB的运算　25 3.1　矩阵操作　25 3.1.1　矩阵构造　25 3.1.2　矩阵的访问　26 3.1.3　矩阵的运算　27 3.2　特殊数组　29 3.2.1　元胞数组的定义及编址　30 3.2.2　元胞数组的创建和显示　30 3.3　基本数学函数　31 3.4　多项式运算　32 3.4.1　多项式的表示　32 3.4.2　多项式的运算　33 3.4.3　多项式的曲线拟合　34 3.4.4　多项式的展开　34 3.5　函数插值运算　35 3.6　数值求解方法　37 3.6.1　数值积分　37 3.6.2　数值微分　38 3.6.3　微分方程数值求解　40 3.7　MATLAB的符号运算　41 3.7.1　基本符号运算　41 3.7.2　符号运算在控制理论中的应用　47 小结　51 习题　52 第4章　MATLAB绘图　53 4.1　基本绘图功能　53 4.1.1　基本绘图函数　53 4.1.2　多图绘制　55 4.1.3　图形标识　58 4.1.4　坐标轴的控制　59 4.1.5　交互式绘图指令　59 4.1.6　三维绘图　60 4.1.7　三维图形的影片动画　63 4.1.8　其他命令简介　63 4.2　句柄绘图　65 4.2.1　基本概念　65 4.2.2　图形对象的创建　66 4.2.3　对象句柄的获取　67 4.2.4　对象属性的获取和设置　69 小结　73 习题　73 第5章　MATLAB控制系统仿真　74 5.1　控制系统分析基础　74 5.1.1　时域响应绘图　74 5.1.2　频域响应绘图　75 5.1.3　根轨迹图　77 5.1.4　离散系统仿真　78 5.2　系统数学模型及转换　80 5.2.1　数学模型　80 5.2.2　模型转化　81 5.3　控制系统分析设计　85 5.4　系统校正　89 5.4.1　PID校正　89 5.4.2　根轨迹校正　90 5.4.3　频率法校正　91 小结　92 习题　92 第6章　Simulink仿真　94 6.1　Simulink的基本操作　94 6.1.1　新建模型(后缀为.mdl)　94 6.1.2　进入Simulink模块库浏览器　94 6.1.3　常用的基本模块　95 6.1.4　模块的操作　97 6.2　系统仿真及参数设置　99 6.2.1　算法设置　99 6.2.2　工作空间设置　100 6.2.3　应用举例　102 6.3　子系统和封装　102 6.3.1　子系统　103 6.3.2　封装　104 6.4　线性系统分析工具　105 6.5　Simulink扩展与S函数　107 6.5.1　S函数工作过程　107 6.5.2　S函数的编写　107 6.5.3　S函数应用　110 6.6　基于Simulink和虚拟仪器的硬件在环仿真　116 6.6.1　LabVIEW调用MATLAB/Simulink模型　116 6.6.2　实时仿真　120 小结　122 习题　123 第7章　数值积分法　124 7.1　连续系统仿真特点和方法　124 7.2　欧拉法　125 7.2.1　基本欧拉法　125 7.2.2　改进的欧拉法　126 7.3　龙格库塔法　131 7.3.1　龙格库塔法基本原理　132 7.3.2　常用的龙格库塔公式　132 7.3.3　微分方程组的解　134 7.4　数值积分法的误差估计和稳定性　136 7.4.1　误差估计和步长控制　136 7.4.2　变步长龙格库塔法　137 7.4.3　数值积分法的稳定性　139 7.5　亚当姆斯法　141 7.5.1　亚当姆斯显式公式　141 7.5.2　亚当姆斯隐式公式　142 7.5.3　预估校正公式及亚当姆斯法的稳定区　143 小结　144 习题　144 第8章　快速数字仿真方法　145 8.1　时域离散相似法　145 8.1.1　转移矩阵法　145 8.1.2　增广矩阵法　147 8.2　状态转移矩阵的计算　148 8.2.1　泰勒级数展开法　148 8.2.2　加速收敛法—缩方与乘方法　151 8.3　状态方程的求取　151 8.4　频域仿真方法　155 8.4.1　替换法　155 8.4.2　根匹配法　157 8.5　频域离散相似法　159 8.5.1　信号的采样　160 8.5.2　信号的复现与保持器　160 8.5.3　滞后环节和非线性环节　163 8.5.4　离散相似法计算方法　164 8.5.5　信号补偿问题　168 小结　169 习题　169 第9章　其他系统的仿真　170 9.1　采样控制系统的仿真　170 9.2　病态系统仿真简介　172 9.3　间断特性的仿真　173 9.4　分布参数系统仿真　174 小结　174 习题　175 第10章　离散事件系统仿真　176 10.1　离散事件系统的分类　176 10.1.1　排队系统简介　177 10.1.2　库存系统　178 10.2　随机变量模型的确定和变量的产生　179 10.2.1　模型的确定　179 10.2.2　随机变量的产生　181 10.3　离散事件系统建模与仿真概述　186 10.3.1　基本建模术语　187 10.3.2　典型仿真方法　189 10.4　实体流图法及其仿真　190 10.4.1　实体流图建模　190 10.4.2　实体流图模型的人工运行　192 10.4.3　实体流图模型的事件调度法仿真　193 10.5　活动周期图法及其仿真　197 10.5.1　活动周期图法建模　198 10.5.2　活动周期图模型的人工运行　200 10.5.3　活动周期图模型的活动扫描法仿真　201 10.6　进程交互仿真方法　204 10.7　Petri网方法简介　207 10.7.1　主要的基本术语　207 10.7.2　Petri网的数学结构　208 10.7.3　网系统　209 小结　210 习题　211 参考文献　212