系统建模与仿真（双语版）

第1章 MATLAB基础知识\t1
1．1 MATLAB入门\t2
1．1．1 输入矩阵\t2
1．1．2 求和、转置和对角线\t3
1．1．3 下标\t4
1．1．4 冒号运算符\t4
1．1．5 魔方阵函数\t5
1．2 表达式\t5
1．2．1 变量\t5
1．2．2 数字\t5
1．2．3 运算符\t5
1．2．4 函数\t6
1．3 矩阵操作\t7
1．3．1 生成矩阵\t7
1．3．2 M文件\t7
1．3．3 连接\t7
1．3．4 删除行和列\t8
1．4 命令窗口与常用函数\t8
1．4．1 格式命令与长命令行\t8
1．4．2 隐藏输出\t9
1．4．3 命令行编辑\t9
1．4．4 常用基本函数\t10
1．4．5 常用进阶函数\t11
1．5 绘图\t13
1．5．1 创建一个图\t13
1．5．2 图形窗口\t14
1．5．3 添加图形至现有的图\t15
1．5．4 绘制子图\t15
1．5．5 隐函数绘图\t16
1．5．6 轴的控制\t16
1．5．7 轴标记和标题\t17
1．5．8 plot3和mesh\t18
1．5．9 图像\t19
本章小结\t20
Chapter 1 Basics of MATLAB\t21
1．1 Introduction to MATLAB\t22
1．1．1 Entering Matrices\t22
1．1．2 Sum， Transpose， and Diagonal\t23
1．1．3 Subscripts\t24
1．1．4 The Colon Operator\t24
1．1．5 The Magic Function\t25
1．2 Expressions\t25
1．2．1 Variables\t25
1．2．2 Numbers\t26
1．2．3 Operators\t26
1．2．4 Functions\t26
1．3 Operation with Matrices\t27
1．3．1 Generating Matrices\t27
1．3．2 M-Files\t27
1．3．3 Concatenation\t28
1．3．4 Deleting Rows and Columns\t28
1．4 The Command Window and Commonly Used Functions\t29
1．4．1 The Format Command and Long Command Lines\t29
1．4．2 Suppressing Output\t30
1．4．3 Command Line Editing\t30
1．4．4 Commonly Used Basic Functions\t30
1．4．5 Commonly Used Advanced Functions\t32
1．5 Graphics\t34
1．5．1 Creating a Plot\t34
1．5．2 Figure Windows\t36
1．5．3 Adding Plots to an Existing Graph\t36
1．5．4 Subplots\t36
1．5．5 Ezplot\t37
1．5．6 Axes Control\t38
1．5．7 Axis Labels and Titles\t38
1．5．8 plot3 and mesh\t39
1．5．9 Images\t40
Summary\t41
生词注解\t41
第2章 MATLAB编程\t43
2．1 流控制\t44
2．1．1 if语句\t44
2．1．2 for和while语句\t44
2．1．3 break语句\t45
2．1．4 switch和case\t46
2．2 脚本\t46
2．3 函数\t47
2．4 编程实例\t51
本章小结\t55
Chapter 2 MATLAB Programming\t56
2．1 Flow Control\t57
2．1．1 if Statements\t57
2．1．2 for and while Statement\t57
2．1．3 break Statements\t58
2．1．4 switch and case\t59
2．2 Scripts\t59
2．3 Functions\t61
2．4 Examples\t65
Summary\t68
生词注解\t68
第3章 控制系统的传递函数模型\t69
3．1 线性定常系统简介\t70
3．2 线性定常系统的传递函数\t70
3．2．1 简介\t70
3．2．2 定义\t70
3．2．3 相关说明\t71
3．3 基于MATLAB的传递函数描述\t72
3．3．1 传递函数的降幂排列标准形式\t72
3．3．2 传递函数的零极点模型\t74
3．3．3 传递函数的部分分式展开\t79
3．4 结构图的连接与化简\t80
3．4．1 相关函数\t81
3．4．2 连接与化简实例\t81
3．5 建模与仿真实例\t83
3．5．1 RLC电路的传递函数建模\t84
3．5．2 RLC电路的仿真分析\t84
3．5．3 机械位移系统的传递函数建模\t85
3．5．4 机械位移系统的仿真分析\t86
本章小结\t87
Chapter 3 Transfer Function Model of Control System\t88
3．1 Introduction to Linear Time-Invariant Systems\t89
3．2 Transfer Function of Linear Time-Invariant Systems\t89
3．2．1 Introduction\t89
3．2．2 Definition\t90
3．2．3 Related Instructions\t90
3．3 Transfer Function Description in MATLAB\t91
3．3．1 Standard Form in Descending Power of Transfer Functions\t92
3．3．2 The Zero-Pole Model of Transfer Function\t94
3．3．3 Partial-Fraction Expansion of Transfer Function\t99
3．4 Connection and Simplification of Structure Diagram\t101
3．4．1 Related Functions\t101
3．4．2 Examples of Connection and Simplification\t102
3．5 Modeling and Simulation Examples\t104
3．5．1 Transfer Function Modeling of an RLC Circuit\t104
3．5．2 Simulation Analysis of an RLC Circuit\t105
3．5．3 Transfer Function Modeling of a Mechanical Displacement System\t106
3．5．4 Simulation Analysis of a Mechanical Displacement System\t107
Summary\t108
生词注解\t108
第4章 状态空间模型\t109
4．1 状态空间描述\t110
4．1．1 现代控制理论\t110
4．1．2 现代控制理论与传统控制理论的比较\t110
4．1．3 状态\t110
4．1．4 状态变量\t110
4．1．5 状态向量\t111
4．1．6 状态空间\t111
4．1．7 状态空间方程\t111
4．2 MATLAB中的状态空间模型\t112
4．2．1 状态空间模型相关的MATLAB函数\t112
4．2．2 运用函数建立状态空间模型\t113
4．3 模型间的转换\t116
4．3．1 实现模型之间转换的MATLAB函数\t116
4．3．2 模型之间的转换实例\t116
4．3．3 状态空间模型的化简\t120
4．4 RLC电路及机械位移系统\t125
4．4．1 RLC电路的状态空间建模\t125
4．4．2 RLC电路的仿真分析\t126
4．4．3 机械位移系统的状态空间建模\t127
4．4．4 机械位移系统的仿真分析\t128
本章小结\t129
Chapter 4 State-Space Modeling\t130
4．1 State-Space Description\t131
4．1．1 Modern Control Theory\t131
4．1．2 Modern Control Theory Versus Conventional Control Theory\t131
4．1．3 State\t131
4．1．4 State Variables\t131
4．1．5 State Vector\t132
4．1．6 State Space\t132
4．1．7 State-Space Equations\t132
4．2 State-Space Model in MATLAB\t133
4．2．1 MATLAB Functions Related to State-Space Model\t133
4．2．2 Create State-Space Model by Using Functions\t134
4．3 Conversions Between Models\t137
4．3．1 Functions Related to Conversions Between Models\t138
4．3．2 Examples of conversion Between Models\t138
4．3．3 Simplification of State-Space Models\t141
4．4 RLC Circuits and Mechanical Displacement Systems\t147
4．4．1 State-Space Modeling of RLC Circuit\t147
4．4．2 Simulation Analysis of an RLC Circuit\t148
4．4．3 State-Space Modeling of Mechanical Displacement Systems\t149
4．4．4 Simulation Analysis A Mechanical Displacement System\t151
Summary\t152
生词注解\t152
第5章 双容水箱液位系统建模\t153
5．1 建模方法简介\t154
5．2 双容水箱液位系统\t154
5．3 假设\t155
5．3．1 压缩性\t155
5．3．2 粘度\t155
5．3．3 无旋流\t155
5．3．4 稳定流动\t155
5．4 运动微分方程\t155
5．5 线性化和传递函数\t157
5．5．1 线性化\t157
5．5．2 传递函数模型\t160
5．6 求解与仿真分析\t161
5．6．1 解析解\t161
5．6．2 仿真分析\t162
本章小结\t166
Chapter 5 Modeling of a Double-Tank System\t167
5．1 Introduction to Modeling Methods\t168
5．2 A Double Tank System\t168
5．3 Assumptions\t169
5．3．1 Compressibility\t169
5．3．2 Viscosity\t169
5．3．3 Irrotational Flow\t170
5．3．4 Steady Flow\t170
5．4 Differential Equations of Motion\t170
5．5 Linearization and Transfer Functions\t172
5．5．1 Linearization\t172
5．5．2 Transfer Function Model\t175
5．6 Solution and Simulation Analysis\t176
5．6．1 Analytical Solution\t176
5．6．2 Simulation Analysis\t177
Summary\t182
生词注解\t182
第6章 控制系统的稳定性\t183
6．1 稳定性的定义和判定\t184
6．1．1 系统稳定性\t184
6．1．2 MATLAB中稳定判断的函数\t185
6．1．3 稳定判断实例\t185
6．2 劳斯稳定判据\t189
6．3 人控制的自行车\t190
6．3．1 控制要求及参数分析\t191
6．3．2 稳定性分析\t192
6．3．3 扰动响应分析\t195
6．3．4 速度影响分析\t196
本章小结\t198
Chapter 6 Stability of Control System\t199
6．1 Definition and Judgment of Stability\t200
6．1．1 Stability of System\t200
6．1．2 Functions for Stability Judgment in MATLAB\t201
6．1．3 Instances of Stability Judgment\t201
6．2 Routh’s Stability Criterion\t206
6．3 Human-Controlled Bicycle\t207
6．3．1 Control Requirements and Parameter Analysis\t208
6．3．2 Stability Analysis\t209
6．3．3 Disturbance Response Analysis\t212
6．3．4 Analysis of Speed Effect\t213
Summary\t215
生词注解\t215
第7章 系统性能的实例分析\t216
7．1 典型的输入信号与时域的性能指标\t217
7．1．1 典型的输入信号\t217
7．1．2 时域的性能指标\t217
7．1．3 仿真分析函数\t218
7．2 稳态误差\t219
7．3 飞机飞行期间的波动控制\t220
7．3．1 FV控制系统分析\t220
7．3．2 稳态误差分析\t222
7．3．3 暂态响应\t223
7．3．4 扰动响应\t227
本章小结\t228
Chapter 7 Case Analysis of System Performance\t230
7．1 Typical Input Signals and the Time-Domain Specifications\t231
7．1．1 Typical Input Signals\t231
7．1．2 The Time-Domain Specifications\t231
7．1．3 Simulation Analysis Functions\t233
7．2 Steady-State Error\t233
7．3 Fluctuation Control During Airplane Flight\t234
7．3．1 Analysis of FV Control Systems\t235
7．3．2 Analysis of Steady-State Error\t237
7．3．3 Transient Response\t238
7．3．4 Disturbance Response\t242
Summary\t244
生词注解\t244
第8章 主导极点法的PID控制器设计实例\t245
8．1　PID控制器的概念\t246
8．2　比例与积分控制的作用\t246
8．2．1　比例控制下的误差\t247
8．2．2　消除积分控制中的稳态误差\t249
8．3　比例与微分的控制作用\t250
8．3．1　比例控制的不稳定性\t250
8．3．2　比例微分控制的稳定性\t252
8．4　PID控制器\t254
8．5　闭环主导极点\t257
8．5．1　闭环主导极点概念\t257
8．5．2　闭环主导极点的设定\t257
8．6　下棋机器人\t260
8．6．1　控制器选择\t261
8．6．2　控制器设计\t261
8．6．3　系统仿真\t264
本章小结\t269
Chapter 8 Example-s of PID Controller Design by Dominant Poles\t270
8．1　Concept of PID Controller\t271
8．2　Proportional and Integral Control Action\t271
8．2．1　Error Under Proportional Control\t272
8．2．2　Eliminating Steady-State Error in Integral Control\t274
8．3　Proportional and Integral Control Action\t275
8．3．1　Instability of Proportional Control\t276
8．3．2　Stability of Proportional and Differential Control\t277
8．4 PID Controller\t280
8．5 Dominant Closed-Loop Poles\t283
8．5．1 Basic Concept\t283
8．5．2 Setting of Dominant Closed-Loop Poles\t284
8．6 Chess Robot\t287
8．6．1 Controller Selection\t288
8．6．2 Controller Design\t288
8．6．3 System Simulation\t292
Summary\t297
生词注解\t298
第9章 简单系统的Simulink建模实例\t299
9．1 Simulink软件入门\t300
9．1．1 启动Simulink软件\t300
9．1．2 Simulink的用户界面\t300
9．1．3　Simulink模型窗口\t302
9．2　建立简单模型\t302
9．2．1　创建一个新模型\t303
9．2．2　添加模块到空白模型窗口\t303
9．2．3　在模型窗口中移动模块\t305
9．2．4　连接模型窗口中的模块\t305
9．2．5　保存模型\t307
9．3　RLC电路模型仿真\t308
本章小结\t311
Chapter 9　Simulink Modeling Examples for Simple Systems\t312
9．1　Introduction to Simulink Software\t313
9．1．1　Starting Simulink Software\t313
9．1．2　Simulink User Interface\t314
9．1．3　Simulink Model Window\t315
9．2　Creating a Simple Model\t316
9．2．1　Creating a New Model\t316
9．2．2　Adding Blocks to Your Model\t317
9．2．3 Moving Blocks in the Model Window\t318
9．2．4 Connecting Blocks in the Model Window\t319
9．2．5 Saving the Model\t321
9．3 RLC Circuit Model Simulation\t321
Summary\t324
生词注解\t325
第10章　房屋加热系统建模实例\t326
10．1 创建和封装子系统\t327
10．1．1 创建子系统\t327
10．1．2 封装Subsystem\t328
10．2 房屋加热模型剖析\t331
10．2．1 打开演示模型\t331
10．2．2 剖析模型\t331
10．2．3 子系统模型的使用\t332
10．3　房屋热力系统模型\t334
10．3．1　概述\t334
10．3．2　房屋加热模型的构成\t336
10．3．3　运行仿真并观察结果\t338
10．3．4　注释\t339
本章小结\t339
Chapter 10　Modeling the House Heating System\t340
10．1　Creating and Masking Subsystems\t341
10．1．1　Creating Subsystems\t341
10．1．2 Masking Subsystems\t342
10．2 Anatomy of the House Heating Model\t346
10．2．1 Opening the Demo Model\t346
10．2．2 Anatomy of the Model\t346
10．2．3 Using Subsystems\t347
10．3 Thermal Model of a House\t349
10．3．1 Introduction\t349
10．3．2 The House Heating Model Components\t349
10．3．3 Running the Simulation and Visualizing the Results\t353
10．3．4 Remarks\t353
Summary\t354
生词注解\t354