MATLAB與控制系統的數字模擬及CAD

全書共分為10章。第2章、第3章介紹了Matlab語言程序設計的基本內容（主要依據Matlab65版本），以此作為計算機語言基礎。第4章、第5章介紹了連續控制系統和採樣控制系統數字模擬的基本原理和方法。第6章、第7章介紹了基於計算機輔助的過程辨識及建模、過程式控制制系統參數最優化方法。第8章較詳細地介紹了Matlab中重要的圖形化系統建模與模擬工具Simulink。第9章簡介了Matlab中有關控制的工具箱以及基於Matlab/Toolbox的控制系統分析與設計的一些方法和例子。第10章簡單介紹了基於Matlab的實時模擬與實時控制的方法。並根據多年教學和實踐經驗，書中結合介紹了許多實用的例子。書中部分章節亦可作為Matlab語言的入門，通俗易懂，內容安排深淺合適。

本書可作為自動化及相關專業的本科生教材，亦可作為相關專業研究生或工程技術人員的自學參考書。特別適合於沒有單獨開設Matlab語言而直接學習控制系統數字模擬和計算機輔助設計的讀者。

1 緒論1

11 概述1

12 計算機模擬技術的發展概況2

13 計算機輔助設計控制系統的形成與發展2

14 Matlab語言與數字模擬及計算機輔助設計3

習題與思考題13

2 Matlab語言簡介4

21 Matlab概述4

211 Matlab語言的產生與發展4

212 Matlab語言的特點5

213 Matlab 65的新特點7

22 Matlab語言的基本使用環境8

23 Matlab 65的安裝與啟動8

231 Matlab的安裝和內容選擇8

232 Matlab 的啟動9

233 Matlab的聯機幫助與電子版手冊10

24 Matlab語言與工具箱Toolbox12

習題與思考題213

3 Matlab語言程序設計基礎14

31 Matlab語言的數據結構14

311 Matlab的變數類型與基本表達式14

312 Matlab中的矩陣15

313 多維數組的定義17

314 Matlab的結構數組19

315 Matlab單元數組20

32 矩陣函數與矩陣運算22

321 矩陣的代數運算22

322 矩陣的邏輯運算25

323 矩陣的比較關係27

324 矩陣元素的數據變換28

33 數組函數與數組運算30

331 數組和矩陣的區別30

332 數組加、減、乘、除和乘方30

333 數組函數32

34 Matlab程序結構34

341 循環結構34

342 條件轉移結構36

343 開關結構38

344 試探式語句結構38

35 Matlab語言的M函數39

351 M函數的基本結構39

352 可變輸入輸出個數的處理42

353 M函數的跟蹤調試42

36 Matlab語言下多維圖形繪製方法44

361 二維圖形繪製方法44

362 Matlab圖形的標註與編輯46

363 特殊曲線及圖形的繪製方法52

364 三維圖形的繪製方法54

365 圖形與圖像的編輯與處理58

37 Matlab圖形用戶界面設計簡介59

371 圖形界面設計工具Guide介紹60

372 Matlab圖形界面設計舉例65

習題與思考題372

4 連續系統的數字模擬75

41 連續系統的數學模型75

411 微分方程75

412 傳遞函數75

413 狀態空間描述76

42 數值積分法80

421 歐拉法（折線法）80

422 梯形法81

423 龍格-庫塔法82

43 過程式控制制系統的數值積分法直接模擬84

431 基本方法84

432 純滯后環節的數字模擬88

433 數字模擬程序舉例90

44 基於微分方程求解的連續系統模擬90

441 模型以一階微分方程組形式給出的系統模擬90

442 模型以傳遞函數形式給出的系統模擬92

443 標準單輸入、單輸出線性狀態方程模擬程序塊93

444 傳遞函數形式表示的閉環系統模擬94

45 面向結構圖的線性系統模擬96

451 面向結構圖的數字模擬的優點96

452 如何實現面向結構圖的數字模擬96

453 面向結構圖的線性系統數字模擬程序97

46 關於計算步距的選擇101

47 連續系統的離散化103

48 信號重構器的特性及傳遞函數104

481 零階信號重構器104

482 一階信號重構器105

483 三角形信號重構器105

49 常用環節的離散相似模型106

491 積分環節106

492 慣性環節107

410 連續系統按結構圖的離散相似法模擬107

習題與思考題4109

5 採樣控制系統的數字模擬110

51 數字式PID控制算式110

511 PID控制器的理想算式110

512 PID控制器的實用算式111

52 採樣控制系統的數值積分法模擬113

53 採樣控制系統的離散法模擬114

531 只要求計算系統輸出y (t) 時的情形114

532 要求計算被控制對象中的狀態量時的情形115

習題與思考題5116

6 計算機輔助過程辨識及建模117

61 概述117

62 時域法過程辨識與建模118

621 由飛升曲線確定一階環節的參數118

622 由飛升曲線確定二階非振蕩環節的參數120

623 由飛升曲線確定二階振蕩環節的參數122

63 頻域法過程辨識與建模124

631 由系統脈衝過渡函數g(t)計算頻率特性124

632 由系統的頻率特性擬合傳遞函數126

64 最小二乘估計過程辨識與建模132

641 最小二乘估計的批處理演演算法133

642 最小二乘估計的遞推演演算法134

643 廣義最小二乘估計演演算法137

習題與思考題6140

7 過程式控制制系統參數最優化的計算機輔助設計141

71 參數最優化141

72 單變數尋優技術142

721 黃金分割法（0618法）142

722 進退法144

73 多變數尋優技術144

731 最速下降法144

732 共軛梯度法147

733 坐標輪換法150

74 計算機輔助調節器參數優化設計150

741 控制系統的品質指標（目標函數）150

742 數字PI調節器參數最優化設計與模擬尋優程序151

習題與思考題7153

8 圖形化系統建模與模擬工具Simulink154

81 圖形化建模與模擬154

82 Simulink 50 基本模塊庫154

821 Simulink 50常用模塊組156

822 其他模塊組163

83 基於Simulink的控制系統框圖模型建立方法165

831 模型窗口建立165

832 模塊的連接與簡單處理165

833 模塊參數的設置與修正168

834 Simulink模塊的聯機幫助與模型的輸出列印170

84 Simulink模擬環境的設置與模擬系統的啟動172

85 基於Simulink的控制系統模擬舉例175

86 S-函數模塊與S-函數的編寫181

861 用Matlab語言編寫S-函數的方法182

862 用C語言編寫S-函數的方法183

習題與思考題8183

9 基於Matlab/Toolbox的控制系統分析與設計185

91 Matlab有關控制的工具箱185

92 基於Matlab的線性系統的模擬與設計188

921 關於線性系統的數學模型188

922 關於線性連續系統的解析解189

923 關於線性系統頻域分析190

93 基於Matlab的倒擺系統設計191

94 基於人工神經網路的非線性系統建模195

941 部分神經網路工具箱函數195

942 Matlab在神經網路建模中的應用舉例197

習題與思考題9200

10 基於Matlab的實時模擬與實時控制201

101 Matlab程序介面201

1011 MEX文件201

1012 MAT文件202

1013 Matlab計算引擎202

1014 編譯器簡介202

102 Simulink環境下的實時模擬與實時控制203

1021 Simulink模擬的實時工具RTW203

1022 實時開發工具xPC Target205

1023 基於Matlab/Simulink的實時控制舉例207

習題與思考題10208