基于MATLAB的控制系统仿真及应用

张聚，第二版《基于MATLAB的控制系统仿真及应用》第1至5章思维导图，主要围绕基于MATLAB的控制系统设计及应用进行了详细的阐述。首先，强调了MATLAB作为一款程序语言的特点和优势，包括其简单易用、代码短小高效、功能丰富且可扩展性强。这些特性使得MATLAB成为工程师和科学家在多个领域中的首选工具。还详细列举了MATLAB在控制系统中的基本操作，如图像建模仿真功能、模与仿真等。这些功能为用户提供了灵活多样的方式来构建和测试控制系统。此脑图为用户提供了一个全面而详细的关于基于MATLAB的控制系统设计及应用的参考指南。

基于MATLAB的 控制系统仿真及应用

• 第5章 基于MATLAB/Simulink的控制系统建模与仿真
  • 5.1 Simulink模块库
    • 1.常用模块组（Commonly Used Blocks）
    • 2.连续模块组（Continuous）
    • 3.非连续模块组（Discontinuities）
    • 4.离散模块组（Discrete）
    • 5.数学运算模块组（Math Operations）
    • 6.信源模块组（Sources）
    • 7.信宿模块组（Sinks）
  • 5.2 Simulink基本操作
    • 1.模块操作
      • 最重要的是模块参数的设置。用鼠标双击模块即可打开其参数设置对话框，然后可以通过改变对话框提供的对象进行参数的设置。
    • 2.信号线操作
      • 和模块操作类似，信号线的移动可以用鼠标左键按住拖拉，信号线的删除可以按下“Delete”键。
    • 3.仿真操作
      • Simulink模型建立完成后，就可以对其进行仿真运行。用鼠标单击Simulink模型窗口工具栏内“仿真启动或继续”图标，即可启动仿真；当仿真开始时图标就变成“暂停仿真”图标。仿真过程结束后，图标又变回。
  • 5.3 Simulink建模与仿真
    • 线性连续时间系统的建模与仿真
      • 不管控制系统是由系统框图描述，还是由微分方程、状态空间描述，都可以很方便地用Simulink建立其模型。
    • 非线性连续时间系统的建模与仿真
      • 在工程实际中，严格意义上的线性系统很少存在，大量的系统或器件都是非线性的。非线性系统的Simulink建模方法很灵活。应用Simulink构建非线性连续时间系统的仿真模型时，根据非线性元件参数的取值，既可以使用典型非线性模块直接实现，也可通过对典型非线性模块进行适当组合实现。
    • 线性离散时间系统的建模与仿真
      • 离散系统包括离散时间系统和连续-离散系统混合系统。离散时间系统既可以用差分方程描述，也可以用脉冲传递函数描述。而连续-离散系统混合系统则可用微分-差分方程，或传递函数-脉冲传递函数描述。
• 第4章 基于MATLAB的控制系统运动性能分析
  • 4.1 控制系统的稳定性分析
    • 时域分析
    • 频域分析
  • 4.2 控制系统的稳态性能分析
  • 4.3 控制系统的动态性能分析
• 第3章 基于MATLAB的控制系统运动响应分析
  • 3.1 零输入响应分析
    • 系统的输出响应=零输入响应+零状态响应
    • 零输入响应是指系统的输入信号为零，系统的输出由初始状态产生的响应。
  • 3.2 脉冲输入响应分析
    • 在MATLAB中，可使用函数impulse( )和dimpulse( )分别来计算和显示线性连续系统和离散系统的单位脉冲响应。
  • 3.3 阶跃输入响应分析
    • 在MATLAB中，可使用函数step( )和dstep( )来实现线性定常连续系统和离散系统的单位阶跃响应。
  • 3.4 高阶系统响应分析
  • 3.7 控制系统的频率特性（线性定常连续系统）
    • 对数频率特性曲线（Bode图）
    • 幅相频率特性曲线（Nyquist曲线）
• 第2章 基于MATLAB的控制系统数学模型
  • 2.1 数学模型的建立
    • 2.1.1 传递函数模型
    • 2.1.2 状态空间模型
    • 2.1.3 零极点增益模型
  • 2.2 数学模型的相互转换
    • 2.2.1 连续时间模型和离散时间模型的相互转换
    • 2.2.2 传递函数模型和状态空间模型的相互转换
      • 传递函数模型转换为状态空间模型
      • 状态空间模型转换为传递函数模型
    • 2.2.3 传递函数模型和零极点增益模型的相互转换
      • 传递函数模型转换为零极点增益模型
      • 零极点增益模型转换为传递函数模型
    • 2.2.4 状态空间模型和零极点增益模型的相互转换
      • 状态空间模型转换为零极点增益模型
      • 零极点增益模型转换为状态空间模型
    • 2.2.5 离散时间系统的重新采样
  • 2.3 数学模型的连接
    • 数学模型的优先原则
    • 2.3.1 串联连接
      • • 此串联方式相当于sys=sys1 x sys2
    • 2.3.2 并联连接
      • • 此并联方式相当于sys=sys1 + sys2
    • 2.3.3 反馈连接
      • • sign用来指定反馈的极性，sign=+1为正反馈；sign=-1为负反馈。
• 第1章 MATLAB应用基础
  • 1.1 matlab简介
    • 特点和优势
      • ①简单易用的程序语言
      • ②代码短小高效
      • ③功能丰富，可扩展性强
      • ④出色的图形处理能力
      • ⑤强大的系统仿真功能
    • 缺省的matlab桌面
      • 命令窗口（Command Window）
      • 当前目录浏览器（Current Directory）
      • 历史命令窗口（Command History）
    • matlab工具箱
      • 功能型
        • 扩充matlab的符号计算功能
        • 图像建模仿真功能
        • 文字处理功能
        • 与硬件的实时交互功能
      • 领域型
        • 专业性很强
  • 1.2 matlab基本使用方法
    • 1.2.1 基本要素
      • 变量
      • 数值
      • 字符
      • 字符串
      • 运算符
      • 标点符
    • 1.2.2 应用基础
      • 矩阵
      • 特殊矩阵的生成
        • 1）空矩阵：用方括号“[ ]”表示，矩阵大小为零，但变量名却保存在工作空间中。
        • 2）单位阵：用函数eye()实现，eye（n）（生成n维的方阵）或eye(n,m)（生成n×m维矩阵）。
        • 3）零矩阵：使用函数zeros( )，实现格式与eye（）函数相同。
        • 4）对角矩阵：a）diag(V)，V为向量，即对角阵元素值。 b）diag(V,K)，K为数值，表示向量V偏离 主对角线的列数。K<0时，V在主对角线 下方；K>0，V在主对角线上方；K=0，V 在主对角线上。
        • 5）全部元素为1的矩阵：使用函数ones（）实现，格式与eye()相同。
    • 1.2.3 数值运算
      • 向量运算
        • 向量的基本运算包括向量与常数间、向量与向量间的运算。
      • 数组运算
        • 从数据结构看，二维数组和矩阵没什么区别，但是在MATLAB中，数组和矩阵的运算有较大的区别。
      • 矩阵运算
        • 1）基本数值运算：加“+”、减“-”、乘“*”、除“\”或 “/”、乘方“^”、转置“’”。
        • 2）矩阵的函数运算：开方运算sqrtm()，指数运算expm()，对数运算logm()，求行列式det()等。
      • 多项式运算
    • 1.2.4 符号运算
      • 符号运算
        • 符号对象的创建用函数sym( )完成，其格式参考课本中的表格。
      • 基本运算与函数
      • 符号表达式的操作
        • MATLAB中对符号表达式的操作包括表达式的因式分解、展开和化简等。
      • 积分变换
        • 符号的积分变换包括傅里叶（Fourier）变换、拉普拉斯变换（Laplace）和Z变换。这里介绍拉普拉斯变换和Z变换。
    • 1.2.5 图形表达功能
      • 二维曲线的绘制
        • 另外matlab还提供了丰富的图形注释函数，如：title()，legend()等等。
      • 特殊坐标绘图
        • 对数坐标绘图
        • 极坐标绘图
        • 双极坐标绘图
      • 三维图形的绘制
        • plot3(x,y,z,’s’) %绘制三维曲线，x，y，z分别为三维坐标向量。
    • 1.2.6 程序设计基础
      • 1）M文件
      • 2）变量和数据结构：M文件中的变量分为全局变量（global variable）和局部变量（local variable）。全局变量用global函数来定义。
      • 3）流程控制语句
        • switch-case语句：格式参考课本。