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第1章　控制与仿真的一般知识1

本章学习指导1

1.1 自动控制的基本知识1

1.1.1 系统的含义与特性1

1.1.2 自动控制的概念及应用3

1.1.3　对控制系统的性能要求4

1.2　控制系统的组成及分类5

1.2.1 控制系统的组成5

1.2.2　控制系统的分类6

1.3 开环控制与闭环控制的基本原理7

1.3.1 按给定值操纵的开环控制8

1.3.2　按干扰值补偿的开环控制9

1.3.3　按偏差调节的闭环控制9

1.3.4 开环控制与闭环控制系统的比较10

1.4　系统仿真的基本知识11

1.4.1 系统仿真概述11

1.4.2　系统仿真的步骤和过程13

1.4.3 系统仿真的分类14

1.5　计算机仿真的特点及其应用15

1.5.1 计算机仿真的特点15

1.5.2　计算机仿真技术的应用16

本章小结16

思考题与习题17

第2章　控制系统的数学模型及性能分析19

本章学习指导19

2.1 数学模型概述19

2.1.1 数学模型的含义19

2.1.2　数学模型的建立方法19

2.2 微分方程20

2.2.1　微分方程的建立20

2.2.2　微分方程的求解22

2.3　传递函数24

2.3.1 传递函数的基本知识24

2.3.2 典型环节及其传递函数26

2.3.3 自动控制系统的传递函数29

2.4　动态结构图及其等效变换30

2.4.1 结构图的组成及绘制30

2.4.2　结构图的等效变换32

2.5　状态空间描述34

2.5.1 状态变量34

2.5.2 状态方程35

2.6　数学模型的相互转换36

2.6.1 数学模型转换的意义36

2.6.2　数学模型转换的应用实例36

2.7　控制系统的时域分析法37

2.7.1 典型输入信号及其响应37

2.7.2 一阶系统的时域响应39

2.7.3 二阶系统的时域响应42

2.7.4　控制系统的稳定性分析46

2.7.5　控制系统的稳态误差分析49

2.8　控制系统的频率分析法52

2.8.1 频率特性的概念52

2.8.2　典型环节的频率特性53

2.8.3 系统开环频率特性的绘制57

2.8.4　系统性能的分析58

本章小结61

思考题与习题61

第3章　控制系统仿真原理及算法64

本章学习指导64

3.1 数值积分法64

3.1.1 概述64

3.1.2 欧拉（Euler）法65

3.1.3 梯形法66

3.1.4 龙格—库塔（Runge-Kutta）法67

3.1.5　数值积分公式的应用69

3.1.6　仿真步长的选择与系统的稳定性70

3.2　线性系统仿真原理71

3.2.1 面向传递函数的线性系统仿真71

3.2.2　面向结构图的线性系统仿真73

3.3　离散相似法77

3.3.1 离散相似法原理78

3.3.2　典型环节状态方程的离散化78

3.3.3　仿真程序的实现框图80

3.4　采样系统仿真原理81

3.4.1 采样控制系统的算法描述81

3.4.2　采样周期与仿真步长的关系82

3.4.3　采样系统的仿真应用84

本章小结86

思考题与习题87

第4章　MATLAB 7使用基础88

本章学习指导88

4.1 MATLAB 7简介88

4.1.1 MATLAB的产生与发展88

4.1.2 MATLAB的特点89

4.1.3 MATLAB 7的改进及特色90

4.2　MATLAB 7的开发环境91

4.2.1 MATLAB 7桌面平台91

4.2.2　MATLAB 7程序编辑器94

4.2.3　MATLAB 7帮助系统94

4.3　MATLAB 7的基本应用97

4.3.1　MATLAB 7数值运算基础97

4.3.2　MATLAB 7绘图103

4.3.3　MATLAB 7程序设计基础108

本章小结113

思考题与习题113

第5章　控制系统的MATLAB 7建模115

本章学习指导115

5.1 控制系统的模型表示115

5.1.1　传递函数模型115

5.1.2　零极点增益模型117

5.1.3 状态空间模型117

5.1.4　不同模型间的相互转换119

5.2　环节方框图模型的化简121

5.2.1 环节串联连接的化简121

5.2.2　环节并联连接的化简123

5.2.3　环节反馈连接的化简124

5.2.4　闭环控制系统的化简126

5.3　控制系统的建模实例126

5.3.1 二级阻容网络的模型建立126

5.3.2 双蓄水槽系统的模型建立127

本章小结129

思考题与习题129

第6章　控制系统的MATLAB 7仿真131

本章学习指导131

6.1 控制系统时域分析的MATLAB实现131

6.1.1 概述131

6.1.2　连续系统的单位阶跃响应131

6.1.3　连续系统的单位冲激响应133

6.1.4　连续系统的零输入响应135

6.2 控制系统频域分析的MATLAB实现137

6.2.1 概述137

6.2.2　连续系统的Bode图绘制137

6.2.3　绘制系统Nyquist曲线的函数138

6.2.4　求连续系统Nichols曲线的函数138

6.2.5 求系统幅值裕度与相位裕度139

6.2.6　求系统零极点和根轨迹的函数141

6.3 利用MATLAB语言进行编程仿真143

6.3.1　面向传递函数的线性系统仿真143

6.3.2　面向结构图的线性系统仿真145

6.3.3　线性系统的离散相似法仿真147

6.3.4　非线性系统离散相似法仿真149

6.3.5 采样控制系统仿真157

本章小结162

思考题与习题163

第7章　Simulink 6.0使用基础165

本章学习目标165

7.1　Simulink 6.0仿真工具简介165

7.1.1 Simulink 6.0仿真工具概述165

7.1.2　Simulink 6.0的改进及其新特点166

7.1.3 Simulink 6.0的启动与界面说明166

7.2　Simulink 6.0模块库简介167

7.2.1 连续系统模块库167

7.2.2 离散系统模块库168

7.2.3 非连续系统模块库168

7.2.4　数学运算模块库169

7.2.5　输入源模块库169

7.2.6　输出模块库170

7.2.7　常用模块库170

7.3　Simulink 6.0的基本建模方法171

7.3.1 模型窗口171

7.3.2 模块的处理172

7.3.3　模块的连接173

7.3.4　系统模型图的创建174

7.3.5 模型文件的保存与打开176

7.4 自定义模块库和子系统176

7.4.1 自定义模块库177

7.4.2 自定义子系统177

7.4.3 子系统的封装180

7.5　S-函数的设计183

7.5.1 S-函数模块183

7.5.2　S-函数引导语句183

7.5.3 参数初始化设定184

7.5.4　S-函数设计举例184

本章小结186

思考题与习题187

第8章　控制系统的Simulink仿真188

本章学习指导188

8.1 Simulink仿真参数的设置188

8.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置188

8.1.2　解算器（Solver）的参数设置189

8.1.3 Data Import/Export的参数设置190

8.2　控制系统的Simulink仿真应用192

8.2.1 利用Simulink的系统模型仿真192

8.2.2　利用Simulink的动态结构图仿真197

本章小结202

思考题与习题203

第9章　智能控制系统的设计与仿真205

本章学习指导205

9.1 智能控制系统概述205

9.2　模糊控制系统的设计与仿真205

9.2.1　模糊控制系统概述205

9.2.2　模糊逻辑工具箱及其应用207

9.2.3　模糊控制系统的设计实例213

9.3 神经网络控制系统的设计与仿真218

9.3.1　神经网络概述218

9.3.2　BP神经网络219

9.3.3　神经网络工具箱及其应用222

9.3.4　神经网络系统的设计实例227

本章小结231

思考题与习题232

第10章　控制系统的计算机仿真实例234

本章学习指导234

10.1 汽车运动控制系统的设计与仿真234

10.1.1 问题的提出234

10.1.2　系统模型表示235

10.1.3 仿真设计235

10.2　直流电机调速系统的设计与仿真240

10.2.1 问题的描述240

10.2.2 系统模型表示241

10.2.3　仿真设计242

本章小结246