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第0章 绪论1

0.1 仿真技术简介1

0.2 计算机仿真技术的发展概况3

0.3 计算机仿真技术的应用4

0.4 控制系统计算机辅助设计的主要内容及其应用5

0.5 基于MATLAB的控制系统仿真的现状6

习题7

第1章 仿真软件——MATLAB8

1.1 MATLAB的功能特点8

1.2 MATLAB的基本操作12

1.2.1 语言结构12

1.2.2 磁盘文件14

1.2.3 库函数和数值显示格式17

1.2.4 基本输入输出函数17

1.2.5 外部程序调用18

1.3 MATLAB的控制语句19

1.3.1 循环语句19

1.3.2 程序流控制语句20

1.3.3 条件转移语句21

1.4 MATLAB的绘图功能23

1.4.1 二维图形23

1.4.2 三维图形28

1.4.3 图像处理29

1.5 MATLAB的数值运算30

1.5.1 矩阵运算30

1.5.2 向量运算39

1.5.3 关系和逻辑运算41

1.5.4 多项式运算42

1.5.5 数据处理44

1.5.6 数据分析47

1.5.7 函数极值49

1.5.8 代数方程求解50

1.5.9 微分方程求解51

1.5.10 函数积分52

1.6 MATLAB的符号运算53

1.6.1 符号表达式的生成53

1.6.2 符号表达式的基本运算55

1.6.3 符号表达式的微积分57

1.6.4 符号表达式的变换59

1.6.5 符号表达式的求解60

1.7 MATLAB的文件I/O62

1.7.1 处理二进制文件63

1.7.2 处理文本文件65

1.8 MATLAB的图形界面66

1.8.1 启动GUI Builder67

1.8.2 对象设计编辑器67

1.9 MATLAB编译器68

1.9.1 创建MEX文件68

1.9.2 创建EXE文件70

本章小结72

习题72

第2章 控制系统的数学模型及其转换74

2.1 线性系统数学模型的基本描述方法74

2.2 系统数学模型间的相互转换78

2.3 系统模型的连接83

2.4 典型系统的生成90

2.5 系统的离散化和连续化92

2.6 系统的特性值94

本章小结95

习题95

第3章 连续系统的数字仿真97

3.1 数值积分法97

3.2 面向系统传递函数的仿真101

3.3 面向系统结构图的仿真103

3.4 连续系统的快速仿真107

本章小结109

习题110

第4章 连续系统按环节离散化的数字仿真111

4.1 连续系统的离散化111

4.2 典型环节的离散系数及其差分方程112

4.3 非线性系统的数字仿真方法114

4.4 连续系统按环节离散化的数字仿真程序116

本章小结119

习题119

第5章 采样控制系统的数字仿真120

5.1 采样控制系统120

5.2 模拟调节器的数字化仿真方法120

5.3 采样控制系统的数字仿真程序121

5.4 关于纯滞后环节的数字仿真125

本章小结127

习题127

第6章 动态仿真集成环境——Simulink128

6.1 Simulink简介128

6.1.1 Simulink的启动128

6.1.2 Simulink库浏览窗口的功能菜单129

6.1.3 仿真模块集129

6.2 模型的构造143

6.2.1 模型编辑窗口143

6.2.2 对象的选定145

6.2.3 模块的操作145

6.2.4 模块间的连线146

6.2.5 模型的保存147

6.2.6 模块名字的处理148

6.2.7 模块内部参数的修改148

6.2.8 模块的标量扩展149

6.3 连续系统的数字仿真150

6.3.1 利用Simulink菜单命令进行仿真150

6.3.2 利用MATLAB的指令操作方式 进行仿真160

6.3.3 模块参数的动态交换161

6.3.4 Simulink调试器163

6.4 离散系统的数字仿真165

6.5 仿真系统的线性化模型167

6.6 创建子系统171

6.7 封装编辑器173

6.7.1 参数（Parameters）页面173

6.7.2 图标（Icon）页面175

6.7.3 初始化（Initialization）页面176

6.7.4 描述（Documentation）页面177

6.7.5 功能按钮177

6.8 条件子系统179

本章小结183

习题184

第7章 控制系统的计算机辅助分析185

7.1 控制系统的时域分析185

7.1.1 控制系统的稳定性185

7.1.2 控制系统的时域响应188

7.1.3 控制系统的稳态误差194

7.2 根轨迹分析195

7.2.1 根轨迹的绘制195

7.2.2 根轨迹的分析195

7.3 控制系统的频域分析197

7.3.1 连续控制系统的频域分析198

7.3.2 离散控制系统的频域分析202

7.3.3 时间延迟系统的频域分析203

7.3.4 基于频率特性的系统辨识204

7.4 系统的能控性和能观测性分析206

7.4.1 系统的能控性和能观测性206

7.4.2 将系统按能控性和不能控性进行分解208

7.4.3 将系统按能观测性和不能观测性进行分解209

7.5 系统模型的降阶209

7.5.1 平衡实现210

7.5.2 模型降阶211

本章小结212

习题213

第8章 控制系统的计算机辅助设计214

8.1 频率法的串联校正214

8.1.1 基于频率响应法的串联超前校正214

8.1.2 基于频率响应法的串联滞后校正217

8.1.3 基于频率响应法的串联滞后-超前校正221

8.2 根轨迹法的串联校正224

8.2.1 基于根轨迹法的串联超前校正224

8.2.2 基于根轨迹法的串联滞后校正226

8.2.3 基于根轨迹法的串联滞后-超前校正228

8.3 状态反馈和状态观测器的设计230

8.3.1 状态反馈230

8.3.2 状态观测器233

8.3.3 带状态观测器的状态反馈系统236

8.3.4 离散系统的极点配置和状态观测器237

8.3.5 系统解耦238

8.3.6 系统估计器240

8.3.7 系统控制器241

8.4 最优控制系统设计241

8.4.1 状态反馈的线性二次型最优控制242

8.4.2 输出反馈的线性二次型最优控制246

本章小结248

习题248

第9章 基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计249

9.1 控制系统工具箱简介249

9.2 线性时不变系统的对象模型250

9.2.1 LTI对象250

9.2.2 模型建立及模型转换函数251

9.2.3 LTI对象属性的存取和设置255

9.3 线性时不变系统浏览器——LTIViewer257

9.4 单输入单输出系统设计工具——SISO Design Tool261

9.4.1 MATLAB 6.x的SISODesign Tool261

9.4.2 MATLAB 7.x/8.x的SISODesign Tool265

9.5 非线性控制系统设计270

9.5.1 NCD Blockset模块及其应用270

9.5.2 Signal Constraint模块及其应用276

9.5.3 Check Step Response Characteristics模块及其应用282

9.5.4 其他非线性控制系统的设计问题289

本章小结290

习题291

第10章 Simulink的扩展工具——S-函数292

10.1 S-函数简介292

10.2 S-函数的建立294

10.2.1 用M文件创建S-函数296

10.2.2 用C语言创建S-函数306

10.3 S-函数编译器312

10.4 S-函数包装程序313

本章小结314

习题314

附录A M.ATLAB函数一览表315

附录B MATLAB函数分类索引323

参考文献328