控制系统仿真

　　全书共10章，主要内容包括系统仿真的基本概念、分类等基本知识；当前最常用的MATLAB仿真软件包及其在控制系统仿真中的应用，以及Simulink的应用、S函数以及硬件在环仿真系统的开发；连续系统仿真的基本理论和连续系统模型的离散化方法（包括基本原理、适用范围和程序设计实现，数字系统及其他特殊的系统仿真方法）；简介离散事件系统的基本概念、建模、仿真方法。本书每章均安排了习题，并给出了以MATLAB语言编写、可直接运行的所有实例仿真源代码，便于学生参考和实践。本书可作为高等学校自动控制、电子工程、通信等电子信息类专业“控制系统仿真”课程的教材，也可作为工程技术人员的参考用书。

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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