MATLAB與控制系統的數字仿真及CAD

《MATLAB與控制系統的數字仿真及CAD》是2004年化學工業出版社出版的圖書，作者是黃道平。

內容介紹

全書共分為10章。第2章、第3章介紹了Matlab語言程式設計的基本內容（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仿真的基本原理和方法。第6章、第7章介紹了基於計算機輔助的過程辨識及建模、過程控制系統參數最最佳化方法。第8章較詳細地介紹了Matlab中重要的圖形化系統建模與仿真工具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的實時仿真與實時控制的方法。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。

出版背景

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仿真和計算機輔助設計的讀者。

目錄信息

1 緒論1

11 概述1

12 計算機仿真技術的發展概況2

13 計算機輔助設計控制系統的形成與發展2

14 Matlab語言與數字仿真及計算機輔助設計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的在線上幫助與電子版手冊10

24 Matlab語言與工具箱Toolbox12

習題與思考題213

3 Matlab語言程式設計基礎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 矩陣函式與矩陣運算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 數組函式與數組運算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 數組函式32

34 Matlab程式結構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函式39

351 M函式的基本結構39

352 可變輸入輸出個數的處理42

353 M函式的跟蹤調試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 連續系統的數字仿真75

41 連續系統的數學模型75

411 微分方程75

412 傳遞函式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 過程控制系統的數值積分法直接仿真84

431 基本方法84

432 純滯後環節的數字仿真88

433 數字仿真程式舉例90

44 基於微分方程求解的連續系統仿真90

441 模型以一階微分方程組形式給出的系統仿真90

442 模型以傳遞函式形式給出的系統仿真92

443 標準單輸入、單輸出線性狀態方程仿真程式塊93

444 傳遞函式形式表示的閉環系統仿真94

45 面向結構圖的線性系統仿真96

451 面向結構圖的數字仿真的優點96

452 如何實現面向結構圖的數字仿真96

453 面向結構圖的線性系統數字仿真程式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式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仿真107

習題與思考題4109

5 採樣控制系統的數字仿真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仿真113

53 採樣控制系統的離散法仿真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盪環節的參數120

623 由飛升曲線確定二階振盪環節的參數122

63 頻域法過程辨識與建模124

631 由系統脈衝過渡函式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式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算法133

642 最小二乘估計的遞推算法134

643 廣義最小二乘估計算法137

習題與思考題6140

7 過程控制系統參數最最佳化的計算機輔助設計141

71 參數最最佳化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最佳化設計150

741 控制系統的品質指標（目標函式）150

742 數字PI調節器參數最最佳化設計與仿真尋優程式151

習題與思考題7153

8 圖形化系統建模與仿真工具Simulink154

81 圖形化建模與仿真154

82 Simulink 50 基本模組庫154

821 Simulink 50常用模組組156

822 其他模組組163

83 基於Simulink的控制系統框圖模型建立方法165

831 模型視窗建立165

832 模組的連線與簡單處理165

833 模組參數的設定與修正168

834 Simulink模組的在線上幫助與模型的輸出列印170

84 Simulink仿真環境的設定與仿真系統的啟動172

85 基於Simulink的控制系統仿真舉例175

86 S-函式模組與S-函式的編寫181

861 用Matlab語言編寫S-函式的方法182

862 用C語言編寫S-函式的方法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的線性系統的仿真與設計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式195

942 Matlab在神經網路建模中的套用舉例197

習題與思考題9200

10 基於Matlab的實時仿真與實時控制201

101 Matlab程式接口201

1011 MEX檔案201

1012 MAT檔案202

1013 Matlab計算引擎202

1014 編譯器簡介202

102 Simulink環境下的實時仿真與實時控制203

1021 Simulink仿真的實時工具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