計算機仿真技術與CAD：基於MATLAB的控制系統(第3版)（簡體書）

《計算機仿真技術與CAD：基于MATLAB的控制系統（第3版）》全面論述控制系統計算機仿真的基本概念和原理，系統介紹了當前國際控制界最為流行的面向工程與科學計算的高級語言MATLAB及其動態仿真集成環境Simulink，并以最新版MATLAB/Simulink為平臺，詳細闡述控制系統的數學模型及其轉換、連續系統和離散系統的仿真方法、控制系統的計算機輔助分析與設計；最後特別介紹基于圖形界面的MATLAB工具箱的線性和非線性控制系統設計方法。《計算機仿真技術與CAD：基于MATLAB的控制系統（第3版）》取材先進實用，講解深入淺出，各章均有大量的例題，并提供了相應的仿真程序，便于讀者掌握和鞏固所學知識。
《計算機仿真技術與CAD：基于MATLAB的控制系統（第3版）》可作為高等院校自動化專業和電氣信息類其他各專業本科生和研究生教材，也可作為從事自動控制及相關專業技術人員的參考用書。

李國勇，男，1963年生，工學博士，太原理工大學教授，研究生導師。主要研究方向為預測控制、智能控制理論及其應用等。主持和參研完成國家或省部級的科研與工程項目8項。在國內主要期刊及會議上公開發表論文30余篇。主編出版高等學校規劃教材和專著等17部，其中5部入選普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，《現代控制理論》2009年被評為國家級精品教材。主講《自動控制理論》、《現代控制理論》、《最優控制理論》、《過程控制系統》、《計算機仿真技術與CAD》和《智能控制及其MATLAB實現》等課程，其中《自動控制理論》2009年被評為山西省精品課程。帶領教學團隊2010年獲山西省教學成果一等獎。

《計算機仿真技術與CAD：基于MATLAB的控制系統（第3版）》是自動化專業精品教材，優秀暢銷書之一。
《計算機仿真技術與CAD：基于MATLAB的控制系統（第3版）》具有如下特點：符合規范：根據教育部高等學校自動化專業教學規范組織編寫。內容先進、結構合理：全書結構貫穿一條主線，以MATLAB為平臺，以目前最流行的版本MATLAB7.x和MATLAB6.x為基礎，從系統建模、系統仿真，到系統分析和系統設計，將MATLAB應用技術與控制理論有機地結合起來。方便教學：《計算機仿真技術與CAD：基于MATLAB的控制系統（第3版）》既考慮內容的先進性，又兼顧教材內容的穩定性。既考慮課堂教學使用，又兼顧查閱功能。既反映先進的技術水平，又強調教學實踐的重要性，有利于學生自主學習和動手實踐能力的培養。各章節內容的編排具有相對的獨立性，便于取舍，以適應不同專業、不同學時數，以及不同層次院校的教學需要。

第0章 緒論
0.1 仿真技術簡介
0.2 計算機仿真技術的發展概況
0.3 計算機仿真技術的應用
0.4 控制系統計算機輔助設計的主要內容及其應用
0.5 基于MATLAB的控制系統仿真的現狀
習題

第1章 仿真軟件——MATLAB
1.1 MATLAB的功能特點
1.2 MATLAB的基本操作
1.3 MATLAB的控制語句
1.3.1 循環語句
1.3.2 程序流控制語句
1.3.3 條件轉移語句
1.4 MATLAB的繪圖功能
1.4.1 二維圖形
1.4.2 三維圖形
1.4.3 圖像處理
1.5 MATLAB的數值運算
1.5.1 矩陣運算
1.5.2 向量運算
1.5.3 關系和邏輯運算
1.5.4 多項式運算
1.5.5 數據分析
1.5.6 函數極值
1.5.7 代數方程求解
1.5.8 微分方程求解
1.5.9 函數積分
1.6 MATLAB的符號運算
1.6.1 符號表達式的生成
1.6.2 符號表達式的基本運算
1.6.3 符號表達式的微積分
1.6.4 符號表達式的變換
1.6.5 符號表達式的求解
1.7 MATLAB的文件I/O
1.7.1 處理二進制文件
1.7.2 處理文本文件
1.8 MATLAB的圖形界面
1.9 MATLAB編譯器
1.9.1 創建MEX文件
1.9.2 創建EXE文件
本章小結
習題

第2章 控制系統的數學模型及其轉換
2.1 線性系統數學模型的基本描述方法
2.2 系統數學模型間的相互轉換
2.3 系統模型的連接
2.4 典型系統的生成
2.5 系統的離散化和連續化
2.6 系統的特性值
本章小結
習題

第3章 連續系統的數字仿真
3.1 數值積分法
3.1.1 歐拉法
3.1.2 梯形法
3.1.3 預估-校正法
3.1.4 龍格-庫塔法
3.1.5 關于仿真數值積分法的幾點討論
3.2 面向系統傳遞函數的仿真
3.3 面向系統結構圖的仿真
3.3.1 典型環節的確定
3.3.2 連接矩陣
3.3.3 確定系統的狀態方程
3.3.4 面向結構圖的數字仿真程序
3.4 連續系統的快速仿真
3.4.1 增廣矩陣法的基本原理
3.4.2 典型輸入函數的增廣矩陣
本章小結
習題

第4章 連續系統按環節離散化的數字仿真
4.1 連續系統的離散化
4.2 典型環節的離散系數及其差分方程
4.3 非線性系統的數字仿真方法
4.4 連續系統按環節離散化的數字仿真程序
本章小結
習題

第5章 采樣控制系統的數字仿真
5.1 采樣控制系統
5.2 模擬調節器的數字化仿真方法
5.3 采樣控制系統的數字仿真程序
5.3.1 數字控制器的程序實現
5.3.2 連續部分的程序實現
5.3.3 程序框圖及仿真程序
5.4 關于純滯後環節的數字仿真
本章小結
習題

第6章 動態仿真集成環境——Simulink
6.1 Simulink簡介
6.1.1 Simulink的啟動
6.1.2 Simulink庫瀏覽窗口的功能菜單
6.1.3 仿真模塊集
6.2 模型的構造
6.2.1 模型編輯窗口
6.2.2 對象的選定
6.2.3 模塊的操作
6.2.4 模塊間的連線
6.2.5 模型的保存
6.2.6 模塊名字的處理
6.2.7 模塊內部參數的修改
6.2.8 模塊的標量擴展
6.3 連續系統的數字仿真
6.3.1 利用Simulink菜單命令進行仿真
6.3.2 仿真結果分析
6.3.3 利用MATLAB的指令操作方式進行仿真
6.3.4 模塊參數的動態交換
6.3.5 Simulink調試器
6.4 離散系統的數字仿真
6.5 仿真系統的線性化模型
6.6 創建子系統
6.7 封裝編輯器
6.7.1 參數（Parameters）頁面
6.7.2 圖標（Icon）頁面
6.7.3 初始化（Initialization）頁面
6.7.4 描述（Documentation）頁面
6.7.5 功能按鈕
6.8 條件子系統
本章小結
習題

第7章 控制系統的計算機輔助分析
7.1 控制系統的穩定性分析
7.2 控制系統的時域分析
7.3 根軌跡分析
7.4 控制系統的頻域分析
7.5 系統的能控性和能觀測性分析
7.5.1 系統的能控性和能觀測性
7.5.2 將系統按能控和不能控進行分解
7.5.3 將系統按能觀測性和不能觀測性進行分解
7.6 系統模型的降階
7.6.1 平衡實現
7.6.2 模型降階
本章小結
習題

第8章 控制系統的計算機輔助設計
8.1 頻率法的串聯校正
8.1.1 基于頻率響應法的串聯超前校正
8.1.2 基于頻率響應法的串聯滯後校正
8.1.3 基于頻率響應法的串聯滯後-超前校正
8.2 狀態反饋和狀態觀測器的設計
8.2.1 狀態反饋
8.2.2 狀態觀測器
8.2.3 帶狀態觀測器的狀態反饋系統
8.2.4 離散系統的極點配置和狀態觀測器
8.2.5 系統解耦
8.2.6 系統估計器
8.2.7 系統控制器
8.3 最優控制系統設計
8.3.1 狀態反饋的線性二次型最優控制
8.3.2 輸出反饋的線性二次型最優控制
本章小結
習題

第9章 基于MATLAB工具箱的控制系統分析與設計
9.1 控制系統工具箱簡介
9.2 線性時不變系統的對象模型
9.2.1 LTI對象
9.2.2 模型建立及模型轉換函數
9.2.3 LTI對象屬性的存取和設置
9.3 線性時不變系統瀏覽器——LTIViewer
9.4 單輸入單輸出系統設計工具——SISODesignTool
9.4.1 MATLAB7.5 的SISODesignTool
9.4.2 MATLAB6.5 的SISODesignTool
9.5 非線性控制系統設計
9.5.1 MATLAB7.5 版的SignalConstraint模塊及其應用
9.5.2 MATLAB6.5 版的NCDBlockset模塊及其應用
9.5.3 求解其他非線性控制系統的設計問題
本章小結
習題

第10章 Simulink的擴展工具——S-函數
10.1 S-函數簡介
10.2 S-函數的建立
10.2.1 用M文件創建S-函數
10.2.2 用C語言創建S-函數
10.3 S-函數編譯器
10.4 S-函數包裝程序
本章小結
習題
附錄AMATLAB函數一覽表
附錄BMATLAB函數分類索引
參考文獻

第9章 基于MATLAB工具箱的控制系統分析與設計
在第7章和第8章中分別介紹了利用MATLAB對控制系統進行分析和設計的函數，這些MATLAB控制系統工具箱（ControlSystemsToolbox）中的函數都是直接在MATLAB命令行窗口中執行并顯示結果的。為了進一步方便用戶，在MATLAB的控制系統工具箱中也提供了一套基于圖形界面的系統分析和設計工具。該工具包含了豐富的線性系統分析和設計函數，并以線性時不變（LinearTime-Invariant，LTI）對象為基本數據類型，對線性時不變系統進行操作與控制。它能夠完成系統的時域和頻域分析，用戶可以設計與分析控制系統；然後使用Simulink對所設計的控制系統進行仿真分析，并在需要的情況下修改控制系統的結構和參數以達到特定的目的，從而使得用戶快速完成系統分析和設計的任務，大大提高分析和設計的效率。
在控制系統的分析和設計中，線性系統的設計、分析與實現具有重要的地位，因為對大多數的非線性控制系統，可以在工作點附近將其進行線性化，最終按線性控制系統進行設計分析。但是當系統的非線性特性較強時，就需要采用其他方法對非線性系統控制器進行優化設計和仿真。Simulink中基于圖形界面的SignalConstraint模塊（或NCDOutport模塊）為非線性系統控制器的優化設計和分析提供了有效的手段。
下面將對MATIAB中的控制系統工具箱（ControlSystemsToolbox）、SignalConstraint模塊和NCDOutport模塊予以詳細介紹。
9.1 控制系統工具箱簡介
MATLAB的控制系統工具箱，主要處理以傳遞函數為主要特征的經典控制和以狀態空間為主要特征的現代控制中的問題。該工具箱對控制系統，尤其是線性時不變系統的建模、分析和設計提供了一個完整的解決方案。概括地說，控制系統工具箱具有以下幾方面的功能。1.系統建模控制系統工具箱中的大部分函數同時支持離散時間系統和連續時間系統，從而更易于使用。能夠建立系統的狀態空間、傳遞函數、零極點增益模型，并可實現任意兩者之間的轉換；可通過串聯、并聯、反饋連接及更一般的框圖建模來建立系統的模型；可通過多種方式實現連續時間系統的離散化，離散時間系統的連續化及重采樣。2.系統分析控制系統工具箱可計算系統的各種特性。如系統的能控性和能觀測性矩陣、傳遞零點、Lyapunov方程；時域特性，如超調量、峰值時間、上升時間和調整時間等；頻域特性，如穩定裕度、阻尼系數及根軌跡的增益選擇等。支持系統的標準型實現、系統的最小實現、均衡實現、降階實現及輸入延時的Pad宅估計。
……