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 4
1.2.2 仿真與數(shù)學求解(解析法)的關系 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 9
習題 9
第2章 MATLAB基礎 10
2.1 概論 10
2.1.1 MATLAB的發(fā)展歷程和影響 10
2.1.2 MATLAB語言的特點 11
2.1.3 MATLAB命令平臺 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 基本語法結構 15
2.3.1 變量與賦值語句 15
2.3.2 函數(shù)語句 16
2.4 MATLAB編程基礎 17
2.4.1 MATLAB命令行操作 17
2.4.2 獨立M文件 18
2.4.3 M函數(shù) 19
2.4.4 MATLAB編程知識和規(guī)則 20
2.4.5 MATLAB程序控制 21
小結 24
習題 24
第3章 MATLAB的運算 25
3.1 矩陣操作 25
3.1.1 矩陣構造 25
3.1.2 矩陣的訪問 26
3.1.3 矩陣的運算 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)學函數(shù) 31
3.4 多項式運算 32
3.4.1 多項式的表示 32
3.4.2 多項式的運算 33
3.4.3 多項式的曲線擬合 34
3.4.4 多項式的展開 34
3.5 函數(shù)插值運算 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的符號運算 41
3.7.1 基本符號運算 41
3.7.2 符號運算在控制理論中的應用 47
小結 51
習題 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 圖形標識 58
4.1.4 坐標軸的控制 59
4.1.5 交互式繪圖指令 59
4.1.6 三維繪圖 60
4.1.7 三維圖形的影片動畫 63
4.1.8 其他命令簡介 63
4.2 句柄繪圖 65
4.2.1 基本概念 65
4.2.2 圖形對象的創(chuàng)建 66
4.2.3 對象句柄的獲取 67
4.2.4 對象屬性的獲取和設置 69
小結 73
習題 73
第5章 MATLAB控制系統(tǒng)仿真 74
5.1 控制系統(tǒng)分析基礎 74
5.1.1 時域響應繪圖 74
5.1.2 頻域響應繪圖 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)學模型及轉(zhuǎn)換 80
5.2.1 數(shù)學模型 80
5.2.2 模型轉(zhuǎn)化 81
5.3 控制系統(tǒng)分析設計 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 92
習題 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 進入Simulink模塊庫瀏覽器 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)設置 99
6.2.1 算法設置 99
6.2.2 工作空間設置 100
6.2.3 應用舉例 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擴展與S函數(shù) 107
6.5.1 S函數(shù)工作過程 107
6.5.2 S函數(shù)的編寫 107
6.5.3 S函數(shù)應用 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 實時仿真 120
小結 122
習題 123
第7章 數(shù)值積分法 124
7.1 連續(xù)系統(tǒng)仿真特點和方法 124
7.2 歐拉法 125
7.2.1 基本歐拉法 125
7.2.2 改進的歐拉法 126
7.3 龍格庫塔法 131
7.3.1 龍格庫塔法基本原理 132
7.3.2 常用的龍格庫塔公式 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和穩(wěn)定性 136
7.4.1 誤差估計和步長控制 136
7.4.2 變步長龍格庫塔法 137
7.4.3 數(shù)值積分法的穩(wěn)定性 139
7.5 亞當姆斯法 141
7.5.1 亞當姆斯顯式公式 141
7.5.2 亞當姆斯隱式公式 142
7.5.3 預估校正公式及亞當姆斯法的穩(wěn)定區(qū) 143
小結 144
習題 144
第8章 快速數(shù)字仿真方法 145
8.1 時域離散相似法 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)移矩陣的計算 148
8.2.1 泰勒級數(shù)展開法 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 信號的采樣 160
8.5.2 信號的復現(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 離散相似法計算方法 164
8.5.5 信號補償問題 168
小結 169
習題 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 174
習題 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 排隊系統(tǒng)簡介 177
10.1.2 庫存系統(tǒng) 178
10.2 隨機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 基本建模術語 187
10.3.2 典型仿真方法 189
10.4 實體流圖法及其仿真 190
10.4.1 實體流圖建模 190
10.4.2 實體流圖模型的人工運行 192
10.4.3 實體流圖模型的事件調(diào)度法仿真 193
10.5 活動周期圖法及其仿真 197
10.5.1 活動周期圖法建模 198
10.5.2 活動周期圖模型的人工運行 200
10.5.3 活動周期圖模型的活動掃描法仿真 201
10.6 進程交互仿真方法 204
10.7 Petri網(wǎng)方法簡介 207
10.7.1 主要的基本術語 207
10.7.2 Petri網(wǎng)的數(shù)學結構 208
10.7.3 網(wǎng)系統(tǒng) 209
小結 210
習題 211
參考文獻 212