控制系统仿真与计算机辅助设计

　　《控制系统仿真与计算机辅助设计（第2版）》以国际控制界MATLAB/Simulink语言为主要工具，在全新的框架下对控制系统建模、仿真、分析与设计进行了较全面的介绍，内容包括：MATLAB语言的编程方法及其在各类数学问题求解中的应用；各类线性系统模型的表示方法与模型转换、系统辨识问题的求解方法；控制系统的计算机辅助分析；基于Simulink的控制系统建模仿真的方法；控制系统的计算机辅助设计算法；PID控制器与控制器设计；控制工程建模仿真应用技巧及半实物仿真等内容。
　　《控制系统仿真与计算机辅助设计（第2版）》可作为高等院校自动化专业本科生的教材或参考书，还可供研究生、科技工作者和教师参考。

出版说明
前言

第1章 控制系统仿真与计算机辅助设计概述
1．1 控制理论和控制系统概述
1．1．1 自动控制理论的历史回顾
1．1．2 控制系统分类
1．2 系统仿真与仿真语言工具概述
1．2．1 系统仿真与控制系统仿真
1．2．2 常规计算机语言的局限性
1．2．3 数学软件的发展
1．2．4 控制系统仿真与计算机辅助设计软件
1．3 本书主要结构及相关内容
1．3．1 本书结构概述
1．3．2 MATLAB语言的相关资源
1．3．3 书中的MATLAB代码
1．4 本章要点小结
1．5 习题

第2章 MATLAB语言一必备的基础知识
2．1 MATLAB的数据结构与语句结构
2．1．1 MATLAB语言的变量与常量
2，1．2 MATLAB的数据结构
2．1．3 MATLAB的基本语句结构
2．1．4 数据存储与读取
2．1．5 MATLAB语言的基本运算
2．2 MATLAB基本控制流程结构
2．2．1 循环结构
2．2．2 转移结构
2．2．3 开关结构
2．2．4 试探结构
2．3 MATLAB的M-函数设计
2．3．1 MATLAB语言的函数的基本结构
2．3．2 可变输入输出个数的处理
2．4 MATLAB的图形可视化
2．4．1 二维图形的绘制
2．4．2 三维图形的绘制
2．4．3 图形修饰
2．5 MATLAB的图形用户界面设计入门
2．5．1 图形界面设计工具Guide
2．5．2 菜单设计系统
2．5．3 界面设计举例与技巧
2．6 MATLAB语言与数学问题计算机求解
2．6．1 线性代数问题的MATLAB求解
2．6．2 常微分方程问题的MATLAB求解
2．6．3 最优化问题的MATLAB求解
2．7 本章要点小结
2．8 习题

第3章 控制系统模型与转换
3．1 连续线性系统的数学模型
3．1．1 线性系统的传递函数模型
3．1．2 线性系统的状态方程模型
3．1．3 线性系统的零极点模型
3．1．4 多变量系统的传递函数矩阵模型
3．2 离散系统模型
3．2．1 离散传递函数模型
3．2．2 离散状态方程模型
3．3 框图描述系统的化简
3．3．1 控制系统的典型连接结构
3．3．2 纯时间延迟环节的处理
3．3．3 节点移动时的等效变换
3．3．4 复杂系统模型的简化
3．3．5 基于连接矩阵的结构图化简方法
3．4 系统模型的相互转换
3．4．1 连续模型和离散模型的相互转换
3．4．2 系统传递函数的获取
3．4．3 控制系统的状态方程实现
……

第4章 线性控制系统的计算机辅助分析
第5章 Simulink在系统仿真中的应用
第6章 控制系统计算机辅助设计
第7章 PID控制器与最优控制器设计
第8章 控制工程中的仿真技术应用

附录
附录A 积分变换问题及MATLAB直接求解
附录B 反馈系统分析与设计程序CtrlLAB简介

参考文献

　　十多年来，随着MATLAB语言和Simulink仿真环境在控制系统研究与教学中日益广泛的应用，在系统仿真、自动控制等领域，国外很多高校在教学与研究中都将MATLAB/Simulink语言作为计算机工具。我国的科学工作者和教育工作者也逐渐认识到MATLAB语言的重要性。MATLAB语言是一种十分有效的工具，能容易地解决在系统仿真及控制系统计算机辅助设计领域的教学与研究中遇到的问题，它可以将使用者从烦琐的底层编程中解放出来，把有限的宝贵时间花在解决科学问题中。MATLAB语言虽然是计算数学专家倡导并开发的，但其普及和发展离不开自动控制领域学者的贡献。在MATLAB语言的发展进程中，许多有代表性的成就是和控制界的要求与贡献分不开的。MATLAB具有强大的数学运算能力、方便实用的绘图功能及语言的高度集成性，它在其他科学与工程领域也有着广阔的应用前景和无穷的潜能。因此，以MATLAB/Simulink作为主线，为我国高校自动化专业的一门很重要课程一“控制系统仿真与计算机辅助设计”或“计算机仿真”编写一本实用的教材就显得非常迫切。
　　本书作者从使用者的角度出发，融合了作者二十多年的教学、研究和实际编程经验，并参考以往出版的专著和教材，精心编写了本书。书中除简单介绍MATLAB的基础知识外，其余内容均围绕其在控制系统中的应用展开介绍。所以本书还可以作为“自动控制原理”等课程的计算机实践材料。本书入选普通高等教育“十一五”国家级规划教材，并作为支撑教材之一入选国家精品课程《控制系统仿真与CAD》。本书的读者对象是应用型高校自动化专业的本科生，英文版Linear Feedback Control Analysis and Design with MATLAB由美国SIAM出版社2007年出版，可以用于双语教学。
　　作者从1988年开始系统地使用MATLAB语言进行程序设计与控制理论研究，积累了丰富的第一手经验；用MATLAB语言编写的程序Control Kit曾作为英国RapidData软件公司的商品在国际范围内发行，并于1991年在国际电工教学杂志上发表文章介绍该软件。新近编写的几个通用程序在The Math Works公司（MATLAB语言的开发者）的网页上可以下载，其中反馈系统分析与设计程序Ctrl LAB的下载量长期高居控制类软件的榜首，得到了国际上很多用户的关注。
　　多年来，作者一直试图以最实用的方式将MATLAB语言介绍给国内的读者，并在清华大学出版社出版了多部有关MATLAB语言及其应用方面的著作，受到了国内外广大中文读者的普遍欢迎。其中，1996年出版的《控制系统计算机辅助设计-MATLAB语言与应用》一书被公认为国内关于MATLAB语言方面书籍中出版最早、影响最广的著作，被期刊文章他引数千次。本书主要介绍目前新的MATLAB 2008a版本，相信仍然能受到读者的欢迎。
　　本书由上海交通大学的施颂椒教授主审，感谢他对作者提出的建设性意见和细致审读。作者的导师，东北大学任兴权教授和英国Sussex大学的DerekPAtherton教授也对本书的最终成型提供了很多的帮助，是他们将作者引入系统仿真和MATLAB/Simulink语言编程这个充满趣味的领域。
　　作者的一些同事、同行和朋友也先后给予作者许多建议和支持，他们是东北大学信息学院的徐心和教授、刘建昌教授、张化光教授、吴成东教授、美国Utah州立大学的陈阳泉教授、英国Sussex大学的杨泰澄博士、北方交通大学的朱衡君教授、中科院系统科学研究所的韩京清研究员、南开大学的王治宝教授、清华大学胡东成教授、郑大钟教授、王雄教授、萧德云教授、孙增圻教授、北京理工大学的谢力教授、西安电子科大的陈怀琛教授、上海交通大学的田作华教授、哈尔滨工业大学的张晓华教授、马广富教授、北京航空航天大学的申功璋教授、刘金琨教授等，还有在互联网上交流的众多同行与朋友，在此表示深深的谢意。东北大学潘峰博士和陈大力博士参加了本书部分章节的编写，部分辅助程序与模型由黄跃刚、熊鲲等同学编写。