matlab 在自动化中的应用,MATLAB在自动化工程中的应用

图书简介

本书所使用的软件版本为MATLAB R2016a。MATLAB R2016a 内嵌程序命令､注释､说明和运行结果，图文并茂，使抽象的理论变得生动形象。

本书内容涵盖传递函数的建立､稳定性分析､系统校正､根轨迹校正､状态反馈仿真､PID 控制器参数设计和复杂控制系统仿真。本书可作为高等院校自动化､电气工程及其自动化等专业的教材，也可供工程技术人员自学参考。

章节目录

目 录

序

前言

第1 章 MATLAB 的功能和基本应用 1

1.1 MATLAB R2016a 的工作环境 1

1.1.1 MATLAB R2016a 窗口界面 1

1.1.2 MATLAB R2016a 工具栏菜单 2

1.1.3 MATLAB R2016a 的主要功能 3

1.1.4 MATLAB 窗口常用操作命令 4

1.1.5 MATLAB 新建变量 5

1.2 MATLAB 语言基础 5

1.2.1 变量命令规则 5

1.2.2 全局变量与数据类型 6

1.2.3 常用标点符号及功能 8

1.3 代数运算 9

1.3.1 MATLAB 的常量表示 9

1.3.2 基本运算 9

1.3.3 数学函数 13

1.3.4 转换函数 16

1.3.5 字符串操作函数 17

1.3.6 判断数据类型函数 17

1.3.7 文件操作函数 18

1.3.8 常用特殊矩阵 19

1.3.9 句柄函数 20

1.3.10 数组表示 21

1.4 多项式处理 23

1.4.1 多项式的四则运算 23

1.4.2 多项式求根 24

1.4.3 多项式求导 24

1.4.4 多项式求解 25

1.5 空间向量表示 26

1.5.1 用线性等间距生成向量矩阵 26

1.5.2 线性及对数空间表示 26

1.6 逻辑函数 27

1.6.1 查找函数 27

1.6.2 测试向量函数 28

1.7 符号运算 28

1.7.1 符号变量表示 29

1.7.2 常用符号运算 31

1.7.3 求解符号方程 33

1.7.4 傅里叶变换与反变换 36

1.7.5 拉普拉斯变换与反变换 37

1.7.6 Z 变换与Z 反变换 37

1.7.7 符号极限 38

1.7.8 符号导数 38

1.7.9 符号积分 39

1.7.10 级数 40

1.8 插值运算 41

第2 章 MATLAB 程序设计 45

2.1 数据的输入和输出 45

2.1.1 数据输入 45

2.1.2 数据输出 46

2.2 程序结构 47

2.2.1 顺序结构 47

2.2.2 选择结构 48

2.2.3 循环结构 52

2.2.4 try 语句 57

2.3 M 文件 58

2.3.1 脚本文件与函数文件 58

2.3.2 函数文件的使用 59

2.4 文件操作 60

2.4.1 文件的打开 61

2.4.2 二进制文件的读写 61

2.4.3 文件的关闭 62

2.4.4 文本文件的读写 63

2.4.5 文件定位和文件状态 65

2.4.6 按行读取数据 66

第3 章 MATLAB 的静态与动态绘图功能 67

3.1 二维绘图功能 67

3.1.1 绘制一般函数曲线 67

3.1.2 图形对象及其句柄 71

3.1.3 绘制对数坐标图 74

3.1.4 绘制特殊二维图形函数曲线 75

3.1.5 绘制符号函数曲线 76

3.2 三维绘图功能 79

3.2.1 绘制三维空间曲线 79

3.2.2 绘制网格矩阵 80

3.2.3 绘制常用三维图形 81

3.2.4 绘制三维曲面图 83

3.2.5 特殊三维立体图 87

3.2.6 图形颜色的修饰 90

3.2.7 色彩的渲染 91

3.3 创建动画过程 92

3.3.1 三维图形不同姿态 92

3.3.2 动画函数 93

3.3.3 创建动画步骤 94

3.4 图像动画 98

3.4.1 图像文件操作 98

3.4.2 播放电影动画 98

3.4.3 电影动画文件保存 99

第4 章 MATLAB 在时域分析中的应用 101

4.1 传递函数的建立方法及形式转换 101

4.1.1 自动控制理论中常用传递函数的表示 101

4.1.2 传递函数的形式转换 105

4.1.3 多项式传递函数分解 108

4.2 框图化简 109

4.2.1 串联结构 109

4.2.2 并联结构 110

4.2.3 反馈结构 111

4.2.4 复杂结构 112

4.3 二阶系统阶跃响应 114

4.3.1 典型二阶系统 114

4.3.2 阶跃响应曲线 115

4.3.3 计算二阶系统特征参数 117

4.4 提高系统动态品质的方法 121

4.4.1 微分反馈 121

4.4.2 串联比例微分环节 121

4.5 高阶系统稳定性分析 123

4.5.1 特征方程的根对稳定性的影响 123

4.5.2 使用劳斯判据分析系统稳定性 124

4.5.3 系统零极点对稳定性的影响 127

4.5.4 系统增益对稳定性的影响 129

4.5.5 控制系统稳态误差计算 131

第5 章 MATLAB 在频域及根轨迹分析的应用 136

5.1 频域分析法 136

5.1.1 绘制伯德图 136

5.1.2 绘制奈奎斯特曲线 140

5.1.3 绘制尼柯尔斯图 142

5.1.4 控制系统频域设计 142

5.2 频域法校正设计 146

5.2.1 频域法超前校正 147

5.2.2 频域法滞后校正 151

5.2.3 频域法超前-滞后校正 156

5.3 绘制根轨迹 160

5.3.1 绘制根轨迹的基本规则 160

5.3.2 根轨迹函数 161

5.3.3 使用根轨迹确定闭环特征根 162

5.3.4 使用根轨迹判定系统稳定性 163

5.3.5 绘制指定参数根轨迹 164

5.3.6 绘制零度根轨迹 164

5.4 根轨迹法校正设计 165

5.4.1 根轨迹校正的作用 165

5.4.2 根轨迹超前校正 166

5.4.3 根轨迹滞后校正 170

第6 章 MATLAB 在状态空间分析中的应用 174

6.1 极点配置与状态反馈 174

6.1.1 基本概念 174

6.1.2 极点配置的条件 175

6.1.3 极点配置的原理方法 176

6.1.4 系统的可控性与可观测性 177

6.1.5 极点配置 179

6.2 最优二次型设计 191

6.2.1 连续系统最优二次型设计 191

6.2.2 离散系统最优二次型设计 193

6.2.3 对输出加权的最优二次型设计 195

6.2.4 Kalman 滤波器 196

第7 章 Simulink 在自动控制理论中的仿真 200

7.1 Simulink 仿真模型及参数设置 200

7.1.1 基本模块 200

7.1.2 模块的参数和属性设置 205

7.2 Simulink 仿真命令 207

7.2.1 运行命令 207

7.2.2 线性化处理命令 207

7.2.3 构建模型命令 207

7.2.4 输入､输出操作命令 212

7.3 六种典型环节仿真分析 213

7.3.1 比例环节特性 213

7.3.2 积分环节特性 214

7.3.3 微分环节特性 214

7.3.4 惯性环节特性 215

7.3.5 比例积分环节特性 215

7.3.6 比例微分环节特性 216

7.4 二阶系统及高阶系统阶跃响应仿真 216

7.4.1 二阶系统阶跃响应仿真 216

7.4.2 高阶系统阶跃响应分析 217

7.5 串联校正仿真 219

7.5.1 串联超前校正仿真 219

7.5.2 串联滞后校正仿真 221

7.5.3 串联超前-滞后校正仿真 222

7.6 极点配置与状态空间仿真 223

第8 章 Simulink 在PID 控制器中的应用 225

8.1 PID 控制器概述 225

8.1.1 PID 控制系统的组成 225

8.1.2 PID 控制器的表示方法及仿真 225

8.1.3 PID 控制器的作用 226

8.2 使用试凑法设计PID 参数 227

8.3 使用Ziegler-Nichols 法设计PID 参数 231

8.4 使用科恩-库恩法设计PID 参数 232

8.5 使用衰减曲线法设计PID 参数 235

8.6 使用临界比例度法设计PID 参数 238

8.7 使用Smith 预估器设计PID 参数 240

8.8 使用串级控制仿真PID 控制参数 243

8.9 使用前馈-反馈控制仿真PID 参数 245

第9 章 MATLAB 界面设计 249

9.1 图形用户界面开发环境 249

9.1.1 创建界面应用程序 249

9.1.2 使用空白界面建立应用程序 250

9.1.3 使用控制界面建立应用程序 252

9.1.4 使用坐标轴界面建立应用程序 253

9.1.5 使用信息对话框界面建立应用程序 254

9.1.6 创建标准对话框 255

9.2 MATLAB 句柄式图形对象 258

9.2.1 句柄式图形对象 258

9.2.2 创建图形句柄 259

9.3 回调函数 261

9.3.1 回调函数格式 261

9.3.2 回调函数使用说明 261

9.4 控件工具及属性 262

9.4.1 控件对象类型及描述 262

9.4.2 控件对象控制属性 262

9.5 界面设计 263

9.6 菜单设计 274

9.6.1 弹出式菜单 274

9.6.2 下拉式菜单 276

9.6.3 快捷菜单 279

9.7 对话框设计 281

9.7.1 对话框操作 281

9.7.2 专用对话框 282

参考文献 287

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