计算机控制与仿真技术

序

第二版前言

第一版前言

第1章 控制与仿真的一般知识

本章学习指导

1．1 自动控制的基本知识

1．1．1 系统的含义与特性

1．1．2 自动控制的概念及应用

1．1．3 对控制系统的性能要求

1．2 控制系统的组成及分类

1．2．1 控制系统的组成

1．2．2 控制系统的分类

1．3 开环控制与闭环控制的基本原理

1．3．1 按给定值操纵的开环控制

1．3．2 按干扰值补偿的开环控制

1．3．3 按偏差调节的闭环控制

1．3．4 开环控制与闭环控制系统的比较

1．4 系统仿真的基本知识

1．4．1 系统仿真概述

1．4．2 系统仿真的步骤和过程

1．4．3 系统仿真的分类

1．5 计算机仿真的特点及其应用

1．5．1 计算机仿真的特点

1．5．2 计算机仿真技术的应用

本章小结

思考题与习题

第2章 控制系统的数学模型及性能分析

本章学习指导

2．1 数学模型概述

2．1．1 数学模型的含义

2．1．2 数学模型的建立方法

2．2 微分方程

2．2．1 微分方程的建立

2．2．2 微分方程的求解

2．3 传递函数

2．3．1 传递函数的基本知识

2．3．2 典型环节及其传递函数

2．3．3 自动控制系统的传递函数

2．4 动态结构图及其等效变换

2．4．1 结构图的组成及绘制

2．4．2 结构图的等效变换

2．5 状态空间描述

2．5．1 状态变量

2．5．2 状态方程

2．6 数学模型的相互转换

2．6．1 数学模型转换的意义

2．6．2 数学模型转换的应用实例

2．7 控制系统的时域分析法

2．7．1 典型输入信号及其响应

2．7．2 一阶系统的时域响应

2．7．3 二阶系统的时域响应

2．7．4 控制系统的稳定性分析

2．7．5 控制系统的稳态误差分析

2．8 控制系统的频率分析法

2．8．1 频率特性的概念

2．8．2 典型环节的频率特性

2．8．3 系统开环频率特性的绘制

2．8．4 系统性能的分析

本章小结

思考题与习题

第3章 控制系统仿真原理及算法

本章学习指导

3．1 数值积分法

3．1．1 概述

3．1．2 欧拉（Euler）法

3．1．3 梯形法

3．1．4 龙格-库塔（Runge-Kutta）法

3．1．5 数值积分公式的应用

3．1．6 仿真步长的选择与系统的稳定性

3．2 线性系统仿真原理

3．2．1 面向传递函数的线性系统仿真

3．2．2 面向结构图的线性系统仿真

3．3 离散相似法

3．3．1 离散相似法原理

3．3．2 典型环节状态方程的离散化

3．3．3 仿真程序的实现框图

3．4 采样系统仿真原理

3．4．1 采样控制系统的算法描述

3．4．2 采样周期与仿真步长的关系

3．4．3 采样系统的仿真应用

本章小结

思考题与习题

第4章 MATLAB 7使用基础

本章学习指导

4．1 MATLAB 7简介

4．1．1 MATLAB的产生与发展

4．1．2 MATLAB的特点

4．1．3 MATLAB 7的改进及特色

4．2 MATLAB 7的开发环境

4．2．1 MATLAB 7桌面平台

4．2．2 MATLAB 7程序编辑器

4．2．3 MATlLAB 7帮助系统

4．3 MATLAB 7的基本应用

4．3．1 MATLAB 7数值运算基础

4．3．2 MATLAB 7绘图

4．3．3 MATLAB 7程序设计基础

本章小结

思考题与习题

第5章 控制系统的MA“rLAB 7建模

本章学习指导

5．1 控制系统的模型表示

5．1．1 传递函数模型

5．1．2 零极点增益模型

5．1．3 状态空间模型

5．I．4 不同模型间的相互转换

5．2 环节方框图模型的化简

5．2．1 环节串联连接的化简

5．2．2 环节并联连接的化简

5．2．3 环节反馈连接的化简

5．2．4 闭环控制系统的化简

5．3 控制系统的建模实例

5．3．1 二级阻容网络的模型建立

5．3．2 双蓄水槽系统的模型建立

本章小结

思考题与习题

第6章 控制系统的MATLAB 7仿真

本章学习指导

6．1 控制系统时域分析的MATLAB实现

6．1．1 概述

6．1．2 连续系统的单位阶跃响应

6．1．3 连续系统的单位冲激响应

6．1．4 连续系统的零输入响应

6．2 控制系统频域分析的MArrLAB实现

6．2．1 概述

6．2．2 连续系统的Bode图绘制

6．2．3 绘制系统Nyquist曲线的函数

6．2．4 求连续系统Nichols曲线的函数

6．2．5 求系统幅值裕度与相位裕度

6．2．6 求系统零极点和根轨迹的函数

6．3 利用MATLAB语言进行编程仿真

6．3．1 面向传递函数的线性系统仿真

6．3．2 面向结构图的线性系统仿真

6．3．3 线性系统的离散相似法仿真

6．3．4 非线性系统离散相似法仿真

6．3．5 采样控制系统仿真

本章小结

思考题与习题

第7章 Sirrmlirlk 6．0使用基础

本章学习目标

7．1 Simulink 6．0仿真工具简介

7．1．1 Simulink 6．0仿真工具概述

7．1．2 Simulink 6．0的改进及其新特点

7．1．3 Simulink 6．0的启动与界面说明

7．2 Simulink 6．0模块库简介

7．2．1 连续系统模块库

7．2．2 离散系统模块库

7．2．3 非连续系统模块库

7．2．4 数学运算模块库

7．2．5 输入源模块库

7．2．6 输出模块库

7．2．7 常用模块库

7．3 Simulink 6．0的基本建模方法

7．3．1 模型窗口

7．3．2 模块的处理

7．3．3 模块的连接

7．3．4 系统模型图的创建

7．3．5 模型文件的保存与打开

7．4 自定义模块库和子系统

7．4．1 自定义模块库

7．4．2 自定义子系统

7．4．3 子系统的封装

7．5 S-函数的设计

7．5．1 S-函数模块

7．5．2 S-函数引导语句

7．5．3 参数初始化设定

7．5．4 S-函数设计举例

本章小结

思考题与习题

第8章 控制系统的Simulink仿真

本章学习指导

8．1 Simulink仿真参数的设置

8．1．1 系统模型的实时操作与仿真参数设置

8．1．2 解算器（Solver）的参数设置

8．1．3 Data lmport／Expott的参数设置

8．2 控制系统的Simulink仿真应用

8．2．1 利用Simulink的系统模型仿真

8．2．2 利用Simulink的动态结构图仿真

本章小结

思考题与习题

第9章 智能控制系统的设计与仿真

本章学习指导

9．1 智能控制系统概述

9．2 模糊控制系统的设计与仿真

9．2．1 模糊控制系统概述

9．2．2 模糊逻辑工具箱及其应用

9．2．3 模糊控制系统的设计实例

9．3 神经网络控制系统的设计与仿真

9．3．1 神经网络概述

9．3．2 BP神经网络

9．3．3 神经网络工具箱及其应用

9．3．4 神经网络系统的设计实例

本章小结

思考题与习题

第10章 控制系统的计算机仿真实例

本章学习指导

10．1 汽车运动控制系统的设计与仿真

10．1．1 问题的提出

10．1．2 系统模型表示

10．1．3 仿真设计

10．2 直流电机调速系统的设计与仿真

10．2．1 问题的描述

10．2．2 系统模型表示

10．2．3 仿真设计

本章小结

参考文献

《普通高等教育“十一五”国家级规划教材：计算机控制与仿真技术（第2版）》以当前流行的仿真软件——MATLAB 7和Simulink 6．0为基础，融合了控制原理和系统仿真等相关知识及应用技术。全书共10章，主要内容包括控制与仿真的一般知识、控制系统的数学模型及性能分析、控制系统仿真原理及算法、MATLAB 7使用基础、控制系统的MATLAB 7建模、控制系统的MATLAB 7仿真、Simulink 6 ．0使用基础、Simulink 6．0控制系统仿真、智能控制系统的设计与仿真、控制系统的计算机仿真实例分析等。本书融入了作者多年教学和科研实践的经验及体会，在讲述典型知识的基础上侧重实际应用，内容讲解深入浅出，相关知识层次清晰，体现出模块化处理的特点，强调专业知识与工程实践相结合，注重专业技术与实践技能的培养。 本书面向应用技术型专业及高职高专层次，可作为计算机应用、电气工程、自动化以及机电一体化等专业的学生学习计算机控制与仿真技术的教材，也可作为从事相关领域的工程技术人员学习和应用的参考书。

《普通高等教育“十一五”国家级规划教材：计算机控制与仿真技术（第2版）》是在2003年8月第一版的基础上精心修订而成。第二版对第一版中的相关内容进行了修改和扩充，在保留了原书的控制与仿真技术一般知识、控制系统的数学模型、控制系统性能分析与仿真算法等部分内容的基础上，主要针对当前流行的MATLAB 7和Simulink 6．0仿真软件，详细介绍了MATLAB 7的使用基础、系统建模和系统分析方法，论述了Simulink 6．0交互式仿真平台的使用和系统仿真的应用，分别给出了智能控制系统的设计与仿真、控制系统的计算机仿真等应用实例。