《控制系統CAD：基于MATLAB語言》以MATLAB為工具，系統地闡述了控制系統CAD的有關概念，概括了控制系統分析與設計中的主要內容。全書共分7章，第l-2章從應用角度介紹了MATLAB語言的基礎知識和控制系統工具箱函數以及仿真工具Simulink的使用方法；第3-6章按照控制理論體系，依次講述了如何利用MATLAB和Simulink進行控制系統的模型建立、特性分析、時域響應分析和復頻域分析等；第7章介紹了控制系統的頻域設汁法和狀態空間設計法、系統仿真以及結果分析等。
本書自2004年6月初版發行以來，已被多所院校選作教材使用，印刷多次，取得了良好的教學效果。為了適應新世紀高素質科技人才培養的需要，根據近幾年教學實踐的體會，結合廣大學生和有關教師的反饋意見，對原書的知識體系、軟件平臺版本、例題與習題等方面作了認真地分析和研究，決定在保持原書特點的基礎上，對本書進一步修改與充實，主要修訂情況如下：
1.由于MATLAB的軟件升級，以MATLAB R2007a為平臺，修訂了全書的相關內容與應用平臺。
2.對本書涉及到自動控制理論方面的基本理論和知識作了進一步的充實與說明。
3.對原書第5章和第2章重復的內容作了刪減，各章后面增加了習題。
4.對全書的內容、格式、例題的形式和章節的編號等作了統一編排，錯誤地方做了更正。
5.為了便于課堂多媒體教學，第2版增加了電子課件及光盤，供任課教師選用。
本書的修訂是在原書作者張晉格、陳麗蘭、李曉秀等同志集體討論的基礎上。由陳麗蘭主要執筆，由張晉格最后定稿的，馬立勇同志也參加了部分修訂工作，為各章后面提供了部分習題。梁景凱、管萍教授任主審，提出了許多寶貴意見，在此表示衷心的感謝。雖然各位編寫老師做了許多細致的工作，但錯誤與不妥仍在所難免，懇請讀者批評指正，以便今后做進一步的修訂與完善。
第2版 前言
第1版 前言
第1章 概述
1.1 控制系統CAD的發展概況
1.2 系統、模型與仿真
1.2.1 系統
1.2.2 模型
1.2.3 仿真
1.3 控制理論與控制系統CAD
習題1
第2章 MATLAB與simulink簡介
2.1 MATLAB的基礎知識
2.1.1 MATLAB語言系統
2.1.2 MATLAB的運算
2.1.3 MATLAB的繪圖
2.1.4 MATLAB循環與轉移控制
2.2 MATLAB的控制系統工具箱函數
2.2.1 模型建立函數
2.2.2 模型轉換及參數獲取函數
2.2.3 模型特性函數
2.2.4 時域響應函數
2.2.5 頻域響應函數
2.2.6 根軌跡函數
2.2.7 估計器／調節器設計甬數
2.3 仿真工具Simulink簡介
2.3.1 simulink界面
2.3.2 控制系統動態結構圖模型建立
2.3.3 利用simulink進行數字仿真
習題2
第3章 控制系統的數學模型
3.1 系統建模的方法
3.1.1 解析法建立數學模型
3.1.2 實驗法建立數學模型
3.2 數學模型的幾種形式及模型間的轉換
3.2.1數學模型的形式
3.2.2 模型之間的轉換
3.3 復雜模型的處理方法
3.3.1 Simulink建模方法
3.3.2 非線性系統的線性化
習題3
第4章 控制系統的特性分析
4.1 穩定性分析
4.1.1 直接求根判定系統穩定性
4.1.2 繪制系統零點、極點圖判定穩定性
4.1.3 Lyapunov穩定性判據
4.2 能控能觀性分析
4.2.1 能控能觀性判定
4.2.2 能控性和能觀性的對偶關系
4.2.3 系統的結構分解
4.2.4 狀態空間表達式的能控標準型和能觀標準型
4.2.5 能控性和能觀性與傳遞函數之間的關系
習題4
第5章 控制系統的時域分析
5.1 控制系統時域響應解的表達
5.1.1 線性系統的數學模型
5.1.2 線性定常系統時域響應解
5.1.3 非線性系統時域響應
5.2 階躍響應分析
5.2.1 暫態響應性能指標
5.2.2 穩態響應性能指標
5.2.3 基于MATLAB的時域特性分析
5.3 脈沖響應分析
5.3.1 基于MATLAB的脈沖響應分析
5.3.2 MATLAB中的圖形工具LTI Viewer
5.4 二階系統分析
5.4.1二階系統的單位階躍響應
5.4.2 二階系統的單位脈沖響應
5.5 遲后系統的時域響應分析
5.5.1 遲后系統的近似時域分析
5.5.2 利用Simulink對遲后系統進行時域分析
習題5
第6章 復頻域分析
6.1 根軌跡分析
6.1.1 根軌跡的定義
6.1.2 連續系統的根軌跡
6.1.3 離散系統和時間延遲系統的根軌跡
6.1.4 控制系統的性能分析
6.2 頻域分析與奈氏圖
6.2.1 頻率特性的概念及表示方法
6.2.2 連續系統的奈氏圖
6.2.3 離散系統的奈氏圖
6.2.4 基于MATLAB的奈氏圖分析
6.3 Bode圖分析
6.3.1 連續系統的Bode圖
6.3.2 基于MATLAB的動態性能分析
6.3.3 復雜系統的Bode圖
6.3.4 離散系統的Bode圖
6.3.5 最小相位系統與非最小相位系統
6.4 Nichols圖分析
6.4.1 基于MATLAB Nichols圈的分析
6.4.2 基于MATLAB Nichols圖的設計
6.5 閉環頻域響應特性
6.5.1 閉環頻域響應的性能指標
6.5.2 控制系統的閉環頻域響應
6.5.3 基于MATLAB的閉環系統性能
分析
習題6
第7章 控制系統設計方法
7.1 串聯校正
7.1.1 相位超前校正
7.1.2 相位滯后校正
7.1.3 相位超前滯后校正
7.2 反饋校正
7.3 PID控制器設計
7.3.1 P1D控制器的控制特性
7.3.2 PID控制器的參數整定
7.3.3 PID控制器參數的智能整定(參數優化方法)
7.4 狀態反饋與極點配置
7.4.1 狀態反饋
7.4.2 極點配置控制器設計
7.5 狀態觀測器與基于觀測器的極點配置
7.5.1 全階狀態觀測器
7.5.2 最小階狀態觀測器
7.6 線性二次型最優控制
7.6.1 線性二次型最優控制策略
7.6.2 線性二次型調節器問題
習題7
附錄
附錄A MATLAB常用命令函數參考
附錄B MATLAB工具箱函數參考
參考文獻
1.2系統、模型與仿真
在控制系統CAD技術中，仿真技術一直是被研究的熱點問題，由于simulink是面向對象的模型化組態軟件，因此，它與MATLAB的集成好似如虎添翼，并將控制系統CAD的水平推向一個新的階段。首先，我們引入與系統仿真技術有關的幾個概念。
1.2.1系統
在給“系統”一詞下定義之前，大家一定接觸過許多系統，如調速系統、隨動系統、企業管理系統、經濟系統等。這些系統的物理規律、描述形式、處理方法以及規模各不相同，下面給出的定義雖然比較抽象，但是對于概括多種不同類型的系統或許有所幫助，同時便于進一步引出系統仿真的概念。
所謂系統是相互聯系又相互作用著的對象的組合。根據系統的物理特征，通常可以將其分成兩大類：
1）工程系統：如電氣、機械、化工、熱工等。
2）非工程系統：如經濟、管理、生態、社會等。
盡管上述兩類系統的物理本質截然不同，但它們有共同的特征。
（1）實體系統都是由相互聯系的實體組合而成的。例如，軋鋼機可以看成一個系統，它是由主傳動、軋輥、輥道等幾個實體有機組合而成的。若再細分一下，它的主傳動又可以看成一個系統（子系統），它是由晶閘管調速裝置、直流電動機、測速發電機、指令控制器等實體組成一個有機的整體。
（2）屬性組成系統的實體所具有的任何有效特征，稱之為具有一定的屬性。如調速系統中電動機轉動的速度，加熱爐系統中的溫度偏差。閥門開口度等。
（3）活動系統內部發生的變化過程稱為內部活動；系統外部發生的對系統產生影響的變化過程稱為外部活動（外部擾動）。例如，閥門開口度的變化是溫度系統的內部活動；電網電壓波動是電力拖動系統的外部活動。
……
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