控制系统设计与仿真

第一章　概述                  
 1. 1　控制系统简介                  
 1. 1. 1　控制理论的发展                  
 1. 1. 2　经典控制理论                  
 1. 1. 3　现代控制理论                  
 1. 1. 4　控制系统的计算机辅助设计                  
 1. 2  MATLAB 6. X中的控制产品集                  
 1. 2. 1　概述                  
 1. 2. 2　控制系统工具箱简介                  
 1. 2. 3  Simulink 4. 1产品介绍                  
 1. 2. 4　其它控制相关产品                  
 1. 2. 5　MATLAB 6. X开发控制系统流程                  
 1. 3　数学准备                  
 1. 3. 1　微分方程的求解                  
 1. 3. 2　差分方程的解                  
 1. 3. 3　矩阵代数与矩阵运算                  
 习题                  
 第二章　控制系统的时域和颁域描述                  
 2. 1　状态方程与时域描述                  
 2. 1. 1　控制系统的状态空间描述                  
 2. 1. 2　状态方程的创建                  
 2. 1. 3　非线性系统的线性化                  
 2. 1. 4　线性系统的解析解                  
 2. 1. 5　线性系统的离散化                  
 2. 1. 6　状态方程的数值积分                  
 2. 1. 7　实例                  
 2. 2　传递函数与频域描述                  
 2. 2. 1　线性系统的输入输出关系                  
 2. 2. 2　Laplace变换                  
 2. 2. 3  Laplace反变换                  
 2. 2. 4　微分方程的解                  
 2. 2. 5　卷积                  
 2. 2. 6　Laplace变换与状态方程                  
 2. 2. 7　系统传递函数矩阵与方框图实现                  
 2. 2. 8　系统的频域仿真                  
 2. 2. 9　Z变换与离散系统习题                  
 第三章　控制系统建模                  
 3. 1　简单机械系统的建模                  
 3. 1. 1　弹簧振动系统的建模                  
 3. 1. 2　摩托车缓冲系统的建模                  
 3. 2　简单流体系统的建模                  
 3. 2. 1　单个蓄水槽的动态模型                  
 3. 2. 2　双蓄水槽系统的模型建立                  
 3. 3　永磁体直流电机的建模                  
 3. 3. 1　物理描述                  
 3. 3. 2　数学模型                  
 3. 3. 3　仿真分析                  
 3. 4　光源跟踪伺服系统的建模与系统分析                  
 3. 4. 1　物理模型                  
 3. 4. 2　数学模型                  
 3. 4. 3　仿真分析                  
 习题                  
 第四章　控制系统的设计与仿真                  
 4. 1　系统建模与仿真框图的创建                  
 4. 1. 1　问题描述                  
 4. 1. 2　物理模型                  
 4. 1. 3　时域仿真                  
 4. 1. 4　模型转换                  
 4. 1. 5　留数定理                  
 4. 1. 6　频域仿真                  
 4. 1. 7　仿真框图及系统建立                  
 4. 2　控制系统设计                  
 4. 2. 1　经典比例控制器                  
 4. 2. 2　状态反馈控制器                  
 4. 2. 3　完全可控性                  
 4. 2. 4　极点配置                  
 4. 2. 5　带全观测器的状态反馈控制                  
 4. 2. 6　完全可观性                  
 4. 2. 7　观测器增益的确定                  
 4. 2. 8　对偶系统                  
 4. 3　控制系统的时域仿真                  
 4. 3. 1　经典比例控制器设计                  
 4. 3. 2　状态反馈控制器                  
 4. 3. 3　混合控制器                  
 4. 3. 4　参考输入增益的调整                  
 4. 4　实例：倒摆系统的建模与仿真                  
 4. 4. 1　引言                  
 4. 4. 2　基本方程                  
 4. 4. 3　非线性状态方程描述                  
 4. 4. 4　线性状态方程描述                  
 4. 4. 5　倒摆系统的MATLAB仿真                  
 4. 4. 6　仿真程序源代码                  
 习题                  
 第五章　LTI系统的MATLAB辅助设计与仿真                  
 5. 1　控制系统工具箱的使用                  
 5. 1. 1  创建LTI模型对象                  
 5. 1. 2　设置LTI对象的属性                  
 5. 1. 3　LTI模型之间的相互转换                  
 5. 1. 4  Simulink中的LTI系统模块                  
 5. 1. 5　LTI模型的运算                  
 5. 1. 6　系统分析工具                  
 5. 1. 7　模型属性的分析                  
 5. 2　LTI模型数组                  
 5. 2. 1　基本概念                  
 5. 2. 2　LTI数组的维数和形状                  
 5. 2. 3　创建LTI数组                  
 5. 2. 4　LTI数组的下标运用                  
 5. 2. 5  LTI数组的相关运算                  
 5. 3　LTI系统分析和设计的图形操作环境                  
 5. 3. 1  LTI观测器（LTI Viewer）                  
 5. 3. 2  SISO系统设计工具（SISO Design Tool）                  
 5. 4　LTI控制系统的设计实例                  
 5. 4. 1  LQG调节器的设计                  
 5. 4. 2  Kalman滤波器的设计                  
 习题                  
 第六章　鲁棒控制系统的计算机辅助设计与仿真                  
 6. 1　鲁棒控制工具箱介绍                  
 6. 1. 1　鲁棒控制工具箱简介                  
 6. 1. 2　系统的分层数据结构表示                  
 6. 2　鲁棒控制系统概述                  
 6. 2. 1　奇异值. H2和H∞范数                  
 6. 2. 2　标准的鲁棒控制问题                  
 6. 2. 3　结构与非结构不确定性                  
 6. 2. 4　鲁棒控制分析                  
 6. 2. 5　系统鲁捧分析                  
 6. 3　鲁棒控制系统的设计方法                  
 6. 3. 1　概述                  
 6. 3. 2　H2和H∞设计方法                  
 6. 3. 3　奇异值回路设计：混合灵敏方法                  
 6. 3. 4　u综合问题                  
 6. 3. 5　双线性变换与鲁棒控制系统设计                  
 6. 4　鲁棒控制系统设计实例                  
 6. 4. 1　二阶系统的经典回路设计与H∞综合                  
 6. 4. 2　双积分系统的H∞鲁棒设计                  
 6. 4. 3　弹簧振动系统的双线性变换与H∞鲁棒控制                  
 6. 4. 4　弹簧振动系统鲁棒控制器的u综合方法                  
 习题                  
 第七章　模型预测控制系统的计算机辅助设计                  
 7. 1　模型预测控制工具箱概述                  
 7. 2　基于阶跃响应的模型预测控制                  
 7. 2. 1　阶跃响应模型                  
 7. 2. 2　模型辨识                  
 7. 2. 3　无约束模型预测控制                  
 7. 2. 4　闭环回路分析                  
 7. 2. 5　有约束的模型预测控制                  
 7. 3　基于状态空间模型的模型预测控制                  
 7. 3. 1　MPC表示的状态空间模型                  
 7. 3. 2　基于状态空间模型的无约束MPC设计                  
 7. 3. 3　基于状态空间模型的有约束MPC设计                  
 习题                  
 第八章　控制系统应用设计与仿真实例                  
 8. 1　汽车运动控制系统的设计                  
 8. 1. 1　问题提出                  
 8. 1. 2　模型描述                  
 8. 1. 3　PID控制器设计                  
 8. 1. 4　根轨迹设计方法                  
 8. 2　跷跷板控制系统的设计                  
 8. 2. 1　系统模型                  
 8. 2. 2　全状态反馈控制器的设计                  
 8. 2. 3　数字控制器的设计和实现                  
 8. 3　直流（DC）电机调速系统的计算机辅助设计                  
 8. 3. 1　问题描述                  
 8. 3. 2　系统设计                  
 8. 4　电磁驱动水压伺服机构的根轨迹设计                  
 8. 4. 1　问题描述                  
 8. 4. 2　打开SISO设计工具                  
 8. 4. 3　增大系统的增益                  
 8. 4. 4　增加控制器的零极点                  
 8. 4. 5　系统的阻尼比约束                  
 习题                  
 附录A  MATLAB 6. X常用命令                  
 A. 1　基本命令                  
 A. 2　常用函数                  
 A. 3　控制工具箱函数                  
 附录B  MathWorks Release 12. 1的新特点                  
 B. 1  Release 12. 1版本中的新产品                  
 B. 1. 1　Release 12. 1中的全新产品                  
 B. 1. 2  Release 12. 1中产品的更新                  
 B. 2  MATLAB 6. 1新特性                  
 B. 3　Simulink 4. 1新特性                  
 附录C　各章习题答案                  
 参考文献