控制系統(tǒng)仿真

第1章 系統(tǒng)仿真概述 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 系統(tǒng)的概念和類型 1
1.1.2 建模和數(shù)學(xué)模型 2
1.1.3 系統(tǒng)仿真 3
1.2 系統(tǒng)仿真 4
1.2.1 系統(tǒng)仿真的優(yōu)點(diǎn) 4
1.2.2 仿真與數(shù)學(xué)求解(解析法)的關(guān)系 5
1.2.3 仿真的分類 5
1.2.4 系統(tǒng)仿真的工具 7
1.2.5 系統(tǒng)仿真的步驟 8
小結(jié) 9
習(xí)題 9
第2章 MATLAB基礎(chǔ) 10
2.1 概論 10
2.1.1 MATLAB的發(fā)展歷程和影響 10
2.1.2 MATLAB語(yǔ)言的特點(diǎn) 11
2.1.3 MATLAB命令平臺(tái) 11
2.1.4 MATLAB文件系統(tǒng) 12
2.1.5 MATLAB工具箱 12
2.1.6 MATLAB的幫助系統(tǒng) 13
2.2 數(shù)據(jù)類型 14
2.2.1 數(shù)值類型 14
2.2.2 邏輯類型 14
2.2.3 字符和字符串 14
2.3 基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu) 15
2.3.1 變量與賦值語(yǔ)句 15
2.3.2 函數(shù)語(yǔ)句 16
2.4 MATLAB編程基礎(chǔ) 17
2.4.1 MATLAB命令行操作 17
2.4.2 獨(dú)立M文件 18
2.4.3 M函數(shù) 19
2.4.4 MATLAB編程知識(shí)和規(guī)則 20
2.4.5 MATLAB程序控制 21
小結(jié) 24
習(xí)題 24
第3章 MATLAB的運(yùn)算 25
3.1 矩陣操作 25
3.1.1 矩陣構(gòu)造 25
3.1.2 矩陣的訪問(wèn) 26
3.1.3 矩陣的運(yùn)算 27
3.2 特殊數(shù)組 29
3.2.1 元胞數(shù)組的定義及編址 30
3.2.2 元胞數(shù)組的創(chuàng)建和顯示 30
3.3 基本數(shù)學(xué)函數(shù) 31
3.4 多項(xiàng)式運(yùn)算 32
3.4.1 多項(xiàng)式的表示 32
3.4.2 多項(xiàng)式的運(yùn)算 33
3.4.3 多項(xiàng)式的曲線擬合 34
3.4.4 多項(xiàng)式的展開(kāi) 34
3.5 函數(shù)插值運(yùn)算 35
3.6 數(shù)值求解方法 37
3.6.1 數(shù)值積分 37
3.6.2 數(shù)值微分 38
3.6.3 微分方程數(shù)值求解 40
3.7 MATLAB的符號(hào)運(yùn)算 41
3.7.1 基本符號(hào)運(yùn)算 41
3.7.2 符號(hào)運(yùn)算在控制理論中的應(yīng)用 47
小結(jié) 51
習(xí)題 52
第4章 MATLAB繪圖 53
4.1 基本繪圖功能 53
4.1.1 基本繪圖函數(shù) 53
4.1.2 多圖繪制 55
4.1.3 圖形標(biāo)識(shí) 58
4.1.4 坐標(biāo)軸的控制 59
4.1.5 交互式繪圖指令 59
4.1.6 三維繪圖 60
4.1.7 三維圖形的影片動(dòng)畫(huà) 63
4.1.8 其他命令簡(jiǎn)介 63
4.2 句柄繪圖 65
4.2.1 基本概念 65
4.2.2 圖形對(duì)象的創(chuàng)建 66
4.2.3 對(duì)象句柄的獲取 67
4.2.4 對(duì)象屬性的獲取和設(shè)置 69
小結(jié) 73
習(xí)題 73
第5章 MATLAB控制系統(tǒng)仿真 74
5.1 控制系統(tǒng)分析基礎(chǔ) 74
5.1.1 時(shí)域響應(yīng)繪圖 74
5.1.2 頻域響應(yīng)繪圖 75
5.1.3 根軌跡圖 77
5.1.4 離散系統(tǒng)仿真 78
5.2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及轉(zhuǎn)換 80
5.2.1 數(shù)學(xué)模型 80
5.2.2 模型轉(zhuǎn)化 81
5.3 控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì) 85
5.4 系統(tǒng)校正 89
5.4.1 PID校正 89
5.4.2 根軌跡校正 90
5.4.3 頻率法校正 91
小結(jié) 92
習(xí)題 92
第6章 Simulink仿真 94
6.1 Simulink的基本操作 94
6.1.1 新建模型(后綴為.mdl) 94
6.1.2 進(jìn)入Simulink模塊庫(kù)瀏覽器 94
6.1.3 常用的基本模塊 95
6.1.4 模塊的操作 97
6.2 系統(tǒng)仿真及參數(shù)設(shè)置 99
6.2.1 算法設(shè)置 99
6.2.2 工作空間設(shè)置 100
6.2.3 應(yīng)用舉例 102
6.3 子系統(tǒng)和封裝 102
6.3.1 子系統(tǒng) 103
6.3.2 封裝 104
6.4 線性系統(tǒng)分析工具 105
6.5 Simulink擴(kuò)展與S函數(shù) 107
6.5.1 S函數(shù)工作過(guò)程 107
6.5.2 S函數(shù)的編寫(xiě) 107
6.5.3 S函數(shù)應(yīng)用 110
6.6 基于Simulink和虛擬儀器的硬件在環(huán)仿真 116
6.6.1 LabVIEW調(diào)用MATLAB/Simulink模型 116
6.6.2 實(shí)時(shí)仿真 120
小結(jié) 122
習(xí)題 123
第7章 數(shù)值積分法 124
7.1 連續(xù)系統(tǒng)仿真特點(diǎn)和方法 124
7.2 歐拉法 125
7.2.1 基本歐拉法 125
7.2.2 改進(jìn)的歐拉法 126
7.3 龍格庫(kù)塔法 131
7.3.1 龍格庫(kù)塔法基本原理 132
7.3.2 常用的龍格庫(kù)塔公式 132
7.3.3 微分方程組的解 134
7.4 數(shù)值積分法的誤差估計(jì)和穩(wěn)定性 136
7.4.1 誤差估計(jì)和步長(zhǎng)控制 136
7.4.2 變步長(zhǎng)龍格庫(kù)塔法 137
7.4.3 數(shù)值積分法的穩(wěn)定性 139
7.5 亞當(dāng)姆斯法 141
7.5.1 亞當(dāng)姆斯顯式公式 141
7.5.2 亞當(dāng)姆斯隱式公式 142
7.5.3 預(yù)估校正公式及亞當(dāng)姆斯法的穩(wěn)定區(qū) 143
小結(jié) 144
習(xí)題 144
第8章 快速數(shù)字仿真方法 145
8.1 時(shí)域離散相似法 145
8.1.1 轉(zhuǎn)移矩陣法 145
8.1.2 增廣矩陣法 147
8.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算 148
8.2.1 泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)法 148
8.2.2 加速收斂法—縮方與乘方法 151
8.3 狀態(tài)方程的求取 151
8.4 頻域仿真方法 155
8.4.1 替換法 155
8.4.2 根匹配法 157
8.5 頻域離散相似法 159
8.5.1 信號(hào)的采樣 160
8.5.2 信號(hào)的復(fù)現(xiàn)與保持器 160
8.5.3 滯后環(huán)節(jié)和非線性環(huán)節(jié) 163
8.5.4 離散相似法計(jì)算方法 164
8.5.5 信號(hào)補(bǔ)償問(wèn)題 168
小結(jié) 169
習(xí)題 169
第9章 其他系統(tǒng)的仿真 170
9.1 采樣控制系統(tǒng)的仿真 170
9.2 病態(tài)系統(tǒng)仿真簡(jiǎn)介 172
9.3 間斷特性的仿真 173
9.4 分布參數(shù)系統(tǒng)仿真 174
小結(jié) 174
習(xí)題 175
第10章 離散事件系統(tǒng)仿真 176
10.1 離散事件系統(tǒng)的分類 176
10.1.1 排隊(duì)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 177
10.1.2 庫(kù)存系統(tǒng) 178
10.2 隨機(jī)變量模型的確定和變量的產(chǎn)生 179
10.2.1 模型的確定 179
10.2.2 隨機(jī)變量的產(chǎn)生 181
10.3 離散事件系統(tǒng)建模與仿真概述 186
10.3.1 基本建模術(shù)語(yǔ) 187
10.3.2 典型仿真方法 189
10.4 實(shí)體流圖法及其仿真 190
10.4.1 實(shí)體流圖建模 190
10.4.2 實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行 192
10.4.3 實(shí)體流圖模型的事件調(diào)度法仿真 193
10.5 活動(dòng)周期圖法及其仿真 197
10.5.1 活動(dòng)周期圖法建模 198
10.5.2 活動(dòng)周期圖模型的人工運(yùn)行 200
10.5.3 活動(dòng)周期圖模型的活動(dòng)掃描法仿真 201
10.6 進(jìn)程交互仿真方法 204
10.7 Petri網(wǎng)方法簡(jiǎn)介 207
10.7.1 主要的基本術(shù)語(yǔ) 207
10.7.2 Petri網(wǎng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu) 208
10.7.3 網(wǎng)系統(tǒng) 209
小結(jié) 210
習(xí)題 211
參考文獻(xiàn) 212