目 錄 第1章 MATLAB應用基礎 1 1.1 MATLAB簡介 1 1.1.1 操作界面介紹 2 1.1.2 幫助系統(tǒng) 4 1.1.3 工具箱 6 1.2 MATLAB基本使用方法 12 1.2.1 基本要素 12 1.2.2 應用基礎 14 1.2.3 數(shù)值運算 18 1.2.4 符號運算 22 1.2.5 圖形表達功能 25 1.2.6 程序設計基礎 33 習題1 37 第2章 基于MATLAB的控制系統(tǒng) 數(shù)學模型 39 2.1 數(shù)學模型的建立 39 2.1.1 傳遞函數(shù)模型 39 2.1.2 狀態(tài)空間模型 41 2.1.3 零極點增益模型 44 2.1.4 頻率響應數(shù)據(jù)模型 45 2.1.5 模型參數(shù)的獲取 46 2.2 數(shù)學模型的相互轉換 47 2.2.1 連續(xù)時間模型和離散時間模 型的相互轉換 47 2.2.2 傳遞函數(shù)模型和狀態(tài)空間模 型的相互轉換 48 2.2.3 傳遞函數(shù)模型和零極點增益 模型的相互轉換 49 2.2.4 狀態(tài)空間模型和零極點增益 模型的相互轉換 50 2.2.5 離散時間系統(tǒng)的重新采樣 52 2.3 數(shù)學模型的連接 60 2.3.1 串聯(lián)連接 60 2.3.2 并聯(lián)連接 61 2.3.3 反饋連接 62 習題2 63 第3章 基于MATLAB的控制系統(tǒng) 運動響應分析 65 3.1 零輸入響應分析 65 3.2 脈沖輸入響應分析 67 3.3 階躍輸入響應分析 69 3.4 高階系統(tǒng)響應分析 70 3.5 任意輸入響應分析 75 3.6 根軌跡分析方法 77 3.7 控制系統(tǒng)的頻率特性 79 習題3 85 第4章 基于MATLAB的控制系統(tǒng) 運動性能分析 87 4.1 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 87 4.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析 92 4.3 控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析 97 習題4 102 第5章 基于MATLAB/Simulink的 控制系統(tǒng)建模與仿真 104 5.1 Simulink模塊庫 104 5.2 Simulink基本操作 113 5.3 Simulink建模與仿真 114 5.4 基于MATLAB/Simulink的非 線性系統(tǒng)自激振蕩的分析 126 習題5 134 第6章 基于MATLAB的控制系統(tǒng) 校正 136 6.1 PID控制器 136 6.2 超前校正 139 6.3 滯后校正 143 6.4 SISO設計工具 147 習題6 154 第7章 應用實例1——汽車防抱死制 動系統(tǒng)建模與控制仿真 157 7.1 汽車防抱死制動系統(tǒng)模型 157 7.1.1 整車模型 157 7.1.2 輪胎模型 158 7.1.3 滑移率模型 159 7.1.4 單輪模型 160 7.2 基于單輪模型的Simulink 仿真 160 第8章 應用實例2——車輛懸架系統(tǒng) 的建模和控制仿真 164 8.1 汽車懸架系統(tǒng)模型 164 8.1.1 汽車被動懸架系統(tǒng)狀態(tài)方 程的建立 165 8.1.2 汽車主動懸架系統(tǒng)狀態(tài)方 程的建立 165 8.2 懸架系統(tǒng)模型性能分析及仿真 166 8.2.1 穩(wěn)定性分析 166 8.2.2 脈沖響應 167 8.2.3 鋸齒波響應 169 8.2.4 正弦波響應 170 8.2.5 白噪聲路面模擬輸入仿真 171 8.2.6 汽車懸架系統(tǒng)的對比分析 及評價 173 第9章 應用實例3——汽車四輪轉向 控制系統(tǒng)仿真 175 9.1 四輪轉向車輛的動力學模型 175 9.2 基于橫擺角速度反饋控制的 四輪轉向系統(tǒng)研究 176 9.2.1 模型的建立 176 9.2.2 控制算法 177 9.2.3 基于MATLAB/Simulink仿真 178 9.2.4 操縱穩(wěn)定性分析 181 9.3 基于最優(yōu)控制的四輪轉向系 統(tǒng)研究 181 9.3.1 模型的建立 181 9.3.2 4WS系統(tǒng)的可控性和能觀 性分析 182 9.3.3 基于MATLAB仿真 182 第10章 MATLAB半實物仿真系統(tǒng) 186 10.1 MATLAB xPC半實物仿真 系統(tǒng) 186 10.1.1 MATLAB xPC半實物 仿真平臺架構 186 10.1.2 在Simulink中搭建半 實物仿真系統(tǒng)框圖 193 10.2 用M語言編寫的算法進行 xPC半實物仿真實驗方法 196 10.2.1 S-Function模塊使用C代 碼進行xPC半實物仿真的 框架 197 10.2.2 S-Function模塊使用RTW 工具箱生成C文件并內部 調用 197 10.2.3 使用嵌入式MATLAB函數(shù) 進行xPC半實物仿真方法 199 10.3 顯式模型預測控制算法xPC 半實物仿真實驗 200 10.3.1 顯式模型預測控制xPC 半實物仿真平臺架構 201 10.3.2 建立顯式模型預測控 制半實物仿真系統(tǒng)的 Simulink模型 202 10.3.3 顯式模型預測控制半實 物仿真系統(tǒng)控制效果 204 10.4 利用C-MEX混編技術實現(xiàn)在MATLAB環(huán)境下操作硬件 206 10.4.1 編寫用于驅動和操作硬 件的MEX文件 206 10.4.2 MEX文件的測試與應用 210 第11章 應用實例——三自由度直升機 系統(tǒng)半實物仿真與實時控制 214 11.1 Quanser三自由度直升機的 系統(tǒng)結構和數(shù)學模型 214 11.2 三自由度直升機PID控制器 設計 217 11.3 三自由度直升機PID控制數(shù) 值仿真 218 11.4 三自由度直升機控制半實物 仿真與實時控制 222 11.5 三自由度直升機控制半實物 仿真實驗 226 參考文獻 229