MATLAB与控制系统仿真
丛 书 名：
高等职业教育自动化类专业系列教材
作 译 者：张磊,任旭颖
出 版 日 期：2018-10-01
书 代 号：G0343090
Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ：9787121343094
图书简介：
本书从应用角度出发，全面系统地介绍了MATLAB软件及其在自动控制中的应用。全书通过大量实际应用案例详细阐述利用MATLAB进行控制系统分析与设计的方法。 全书内容精练、实用，案例典型，图文并茂，是教学团队多年实践教学成果的总结。
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图 书 内 容
内容简介
本书从应用角度出发，全面系统地介绍了MATLAB软件及其在自动控制中的应用。全书通过大量实际应用案例详细阐述利用MATLAB进行控制系统分析与设计的方法。 全书内容精练、实用，案例典型，图文并茂，是教学团队多年实践教学成果的总结。图书详情
ISBN：9787121343094开 本：16开页 数：240字 数：384.0本书目录
目 录 绪论—教学与学习建议 - 1 - 第1章 控制系统仿真概述 - 4 - 1.1 系统仿真概述 - 4 - 1.2 MATLAB简介 - 6 - 1.3 MATLAB基本操作 - 8 - 1.3.1 MATLAB R2014a的启动 - 8 - 1.3.2 基本操作界面 - 8 - 1.4 MATLAB操作实例 - 12 - 课后习题1 - 14 - 第2章 MATLAB矩阵及其基本操作 - 15 - 2.1 矩阵及其操作 - 16 - 2.1.1 矩阵的创建 - 16 - 2.1.2 矩阵的属性 - 17 - 2.1.3 创建特殊矩阵 - 17 - 2.1.4 矩阵操作 - 18 - 2.2 矩阵运算 - 19 - 2.2.1 矩阵加、减运算 - 19 - 2.2.2 矩阵的点运算 - 19 - 2.2.3 矩阵乘运算 - 20 - 2.2.4 矩阵的一些特殊运算 - 21 - 2.3 多维矩阵及其操作 - 22 - 2.3.1 通过指定索引把二维矩阵扩展为多维矩阵 - 22 - 2.3.2 使用内联函数创建多维矩阵 - 23 - 2.3.3 使用cat函数进行链接创建 - 23 - 2.4 结构体和元胞数组 - 24 - 2.4.1 结构体的创建 - 24 - 2.4.2 元胞数组 - 26 - 2.5 字符串 - 28 - 2.6 关系运算 - 28 - 课后习题2 - 29 - 第3章 MATLAB数学运算基础 - 30 - 3.1 矩阵的基本运算 - 31 - 3.1.1 矩阵的逆 - 31 - 3.1.2 矩阵的特征值和特征向量 - 32 - 3.2 线性方程组的求解方法 - 32 - 3.3 多项式运算 - 34 - 3.3.1 使用roots函数求多项式的根 - 34 - 3.3.2 使用conv函数进行多项式乘运算 - 35 - 3.3.3 使用deconv函数进行多项式除运算 - 35 - 3.3.4 多项式微分 - 36 - 3.4 多项式曲线拟合 - 36 - 3.5 数据统计 - 37 - 课后习题3 - 42 - 第4章 M文件与MATLAB编程基础 - 43 - 4.1 MATLAB的M文件 - 43 - 4.1.1 M文件的创建和编辑 - 44 - 4.1.2 编辑器窗口说明 - 45 - 4.2 MATLAB控制语句 - 46 - 4.2.1 分支控制语句 - 46 - 4.2.2 循环控制语句 - 49 - 课后习题4 - 50 - 第5章 函数与外部数据操作 - 52 - 5.1 M文件（函数） - 52 - 5.1.1 函数类型 - 52 - 5.1.2 参数传递 - 55 - 5.2 外部数据操作 - 56 - 5.2.1 MATLAB的外部数据操作 - 57 - 5.2.2 使用窗口操作实现文件数据读取 - 58 - 5.2.3 MATLAB程序中获取用户输入数据 - 60 - 5.2.4 MATLAB程序中日期和时间的使用 - 61 - 课后习题5 - 62 - 第6章 MATLAB的绘图及图像处理 - 63 - 6.1 MATLAB的绘图 - 63 - 6.1.1 二维图形 - 65 - 6.1.2 三维图形 - 79 - 6.2 MATLAB的图像处理 - 86 - 6.2.1 颜色 - 86 - 6.2.2 光照效果 - 87 - 课后习题6 - 88 - 第7章 交互式仿真工具Simulink - 89 - 7.1 Simulink简介 - 89 - 7.2 Simulink的模块库浏览界面 - 90 - 7.3 Simulink建模与仿真 - 95 - 7.3.1 Simulink建模与仿真的步骤 - 95 - 7.3.2 Simulink模块的基本操作 - 96 - 7.3.3 Simulink仿真参数的设置 - 97 - 7.4 仿真结果的运行、观察和调试 - 101 - 7.4.1 使用菜单运行仿真 - 102 - 7.4.2 使用命令进行仿真 - 102 - 7.4.3 观察并分析仿真结果 - 104 - 7.4.4 仿真的调试方法 - 106 - 7.5 Simulink的自定义功能模块 - 108 - 课后习题7 - 108 - 第8章 控制系统模型的定义 - 110 - 8.1 自动控制系统 - 111 - 8.1.1 开环控制与闭环控制 - 111 - 8.1.2 自动控制理论概要 - 112 - 8.1.3 自动控制系统中的术语和定义 - 112 - 8.2 控制系统仿真概述 - 113 - 8.2.1 建立数学模型的实验方法简介 - 113 - 8.2.2 建立数学模型的方法 - 113 - 8.2.3 控制系统模型引言 - 114 - 8.3 模型的描述、生成与封装 - 114 - 8.3.1 传递函数模型的描述（tf模型） - 114 - 8.3.2 零极点模型的描述（zpk模型） - 116 - 8.3.3 状态空间模型的描述（ss模型） - 117 - 8.3.4 线性定常系统LTI模型的生成 - 117 - 8.4 控制系统数学模型的转换和连接 - 120 - 8.4.1 系统模型的转换 - 120 - 8.4.2 系统模型的连接 - 122 - 课后习题8 - 125 - 第9章 控制系统的稳定性分析 - 127 - 9.1 控制系统的稳定性分析 - 128 - 9.1.1 直接判别法 - 129 - 9.1.2 绘制零极点图进行判断 - 130 - 9.2 绘制系统的响应曲线 - 131 - 9.2.1 阶跃响应函数 - 132 - 9.2.2 脉冲响应函数 - 135 - 9.2.3 零输入响应函数 - 137 - 9.2.4 输入信号的产生及应用 - 139 - 9.2.5 使用Simulink实现时域响应分析 - 140 - 课后习题9 - 143 - 第10章 控制系统的时域分析 - 144 - 10.1 系统的阶跃响应分析 - 145 - 10.2 MATLAB系统分析工具LTI Viewer - 156 - 10.3 控制系统的稳态误差 - 158 - 课后习题10 - 163 - 第11章 控制系统的根轨迹分析 - 165 - 11.1 根轨迹法基础 - 166 - 11.1.1 分析的基本原理 - 166 - 11.1.2 使用MATLAB函数绘制根轨迹图 - 169 - 11.2 根轨迹法分析系统 - 173 - 11.2.1 增加开环零极点对根轨迹的影响 - 173 - 11.2.2 利用根轨迹法分析系统的暂态特性 - 178 - 11.3 MATLAB在根轨迹分析中的综合应用(rltool) - 179 - 11.3.1 图形界面工具rltool - 179 - 11.3.2 综合应用实例 - 182 - 课后习题11 - 185 - 第12章 控制系统的频域分析 - 187 - 12.1 频域分析法基础 - 187 - 12.1.1 分析的基本原理 - 187 - 12.1.2 频率响应和频率特性 - 188 - 12.2 MATLAB频域分析法—频率特性图 - 189 - 12.2.1 奈奎斯特图的绘制 - 189 - 12.2.2 奈奎斯特图判稳 - 190 - 12.2.3 伯德图的绘制 - 192 - 12.3 系统的相对稳定性和稳定裕度 - 195 - 12.3.1 幅值裕度和相角裕度 - 195 - 12.3.2 幅值裕度和相角裕度获取方法 - 195 - 课后习题12 - 197 - 第13章 PID控制器设计与应用 - 200 - 13.1 串联校正与反馈校正 - 200 - 13.1.1 串联校正 - 200 - 13.1.2 反馈校正 - 204 - 13.2 PID校正概述 - 205 - 13.3 PID控制器设计与参数整定 - 211 - 13.4 PID Tuner控制器设计 - 214 - 课后习题13 - 219 - 第14章 MATLAB图形用户界面GUI - 221 - 课后习题14 - 226 - 参 考 文 献 - 227展开前 言
前 言 “控制系统仿真”课程是高校自动化及其相关专业本科生的一门重要专业课程，是在学习控制系统原理的基础上使用MATLAB软件进行模型建立、仿真设计、实验验证和分析的综合实践课程。“控制系统仿真”课程的任务是使学生获得控制系统仿真技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，加深学生对自动控制理论的理解，拓宽学生对控制系统仿真及其应用软件的知识面，为深入学习后续课程及从事控制系统设计、分析的实际工作打下基础。 “控制系统仿真”课程的内容包含控制理论、计算数学和计算机相关知识，而MATLAB软件是分析和设计各类复杂系统的强有力工具。学生在学习了“自动控制原理”“现代控制理论”等专业课程的基础上，需要开设一门综合性、实践性较强的课程。其目的是使学生在深入学习控制理论的基础上，掌握一种能够方便地对系统进行分析与设计的工具，以便在控制系统的研究中减少烦琐的验算，提高解决专业问题的能力，提高设计效率和质量。 本书依循“翻转课堂”的教学思路，尝试融入多项教学方法，减少了教师讲授的时间，大幅度提高了学生自主学习和实际动手的效率，教师能够有更多的时间与学生进行交流和讨论。本书及教学资料在作者所在的高校进行了试验，效果良好。教师可以采用重点讲授、协作指导和问题讨论的形式满足学生的需要，同时促进学生的个性化学习，使学生通过自主认知、理论回顾和实践获得更真实、有效的学习。 本书和所提供的辅助教学资源能够满足“翻转课堂”式教学方法所需要的基本要求。 1. 教学信息更加清晰 教师可以依照本书的内容和顺序设计教学计划。除教材中的内容以外，本书还提供实例程序、教学PPT、演示视频等资源。课堂开始前教师可以发布本次课程需要的教学资料和实践要求，如教学PPT、演示视频、各章的要求和需要完成的考查题目等内容，引导学生按照自己的理解情况安排学习进度，以需要掌握的知识重点为主线、以考查题目为任务导向，以学生个体为教学单元边学、边练、边讨论，通过教师个性化的有效辅导全面提升学习的效果。 2. 重新构建学习方式 第一阶段，学生积极利用课堂时间了解本章所需要掌握的知识重点，通过阅读教材内容、查看课程所提供的课件和实例程序资料、观看演示视频，进而完成每章指定的考查题目； 第二阶段，学生将自行完成的考查题目向教师或教学助理进行讲解和演示，教师则分别针对学生的具体情况和具体问题进行提问、解答和讨论； 第三阶段，学生在课堂外完成教师安排或教材中要求的课后练习题。 3. 演示视频针对性强 演示视频时间基本控制在3～10min内，内容针对性强，都是各章综合性较强的操作演示或设计方法展示，包含完整的知识点讲解、例题分析与练习，方便学生在阅读教材的同时观看视频，提升学生自主学习的能力。 4. 课程要求和考核方式 课程要求分为课前、课中和课后三个环节的要求。 （1）课前，复习自动控制原理的相关基础知识，复习C语言等其他已经学习的高级编程语言及程序设计知识，每节课前预习教材内容； （2）课中，按照教师给定的考查题目边学边练，完成每章后的练习题，在指定的答疑和讨论时间段内与教师或助教积极互动； （3）课后，独立完成部分课后练习题。 采用课堂考查、实验成果检查与上机考核综合考核方式，实现综合考查学生的学习效果。 本书以MATLAB为主要工具，按照控制理论的内容体系，依次展开学习，主要任务分为MATLAB基础和基于MATLAB的控制系统仿真两大部分。展开作者简介
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