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自动控制系统计算机仿真与自动控制系统计算机仿真与 CADCAD——MATLAB——MATLAB语言应用语言应用注注 意意 事事 项项• 教材 • 参考书 • 课程学习的目的 • 前期课程基础 • 授课学时与分配 • 授课时间、地点教教 材材控制系统计算机仿真与CAD —MATLAB语言应用天津大学出版社参参 考考 书书1．《控制系统计算机辅助设计》 清华大学出版社 2．《掌握和精通MATLAB》北京航空航天大学出版社课程学习的目的课程学习的目的．了解和掌握自动控制系统计算机仿真的基本原理、方法．采用MATLAB工具对控制系统进行仿真．采用MATLAB工具对控制系统进行辅助设计前期课程基础前期课程基础自动控制原理 自动控制系统 C语言基础授课学时与分配授课学时与分配（（4040学时）学时）•1．绪论；控制系统数学模型的建立、转换及其连接 （3学时） •2．控制系统的数字仿真 1 （3学时） •3．控制系统的数字仿真2 （3学时） •4．控制系统最优化的计算机辅助设计概述 ；线性规划（3学时） •5．单变量寻优1 （6学时） •6．多变量寻优 （6学时） •7．PID参数寻优 （3学时） •8．总结考试 （2学时） 授课时间、地点授课时间、地点时间：每周六上午8：30—11：30 地点：科技楼3楼多媒体教室第第1 1章章 绪绪 论论• 一、仿真的目的与方法 • 二、数字仿真工具MATLAB的发展历史 • 三、MATLAB简介 • 四、Simulink 一、仿真的目的与方法一、仿真的目的与方法二、数字仿真工具二、数字仿真工具MATLABMATLAB的发展历的发展历 史史• 创始人：Cleve Moler教授，MathWorks公司的首席科 学家 • 70年代中Cleve Moler教授在美国国家科学基金会的资 助下开发了两个FORTRAN子程序库。

LINPACK—求 解线性方程；EISPACK—解特征值 • 70年代末Cleve Moler教授为了便于学生使用该程序库 ，设计了调用接口程序取名为MATLAB（MATrix LABoratory） • 84年MathWorks公司将MATLAB正式推向市场MATLAB版本升级历程三、三、MATLABMATLAB简介简介1 变量与表达式 2 基本运算符 3 M文件 4 矩阵、数组与数值运算功能 5 多项式运算 6 MATLAB符号运算功能 7 MATLAB语句流 8 MATLAB的典型时域响应函数 9 MATLAB的图形绘制1 1 变量与表达式变量与表达式2 2 基本运算符基本运算符3 3．．MM文件文件% 2 s + 4 %------------------------- %s^4 + 5 s^3 + 8 s^2 + 6 s clc num=2*[1,2]; den=conv(conv([1,0],[1,3]),[1,2,2]); g1=tf(num,den); g=ss(g1); [a,b,c,d]=ssdata(g); ab=a-b*c; bb=b; cb=c; db=d; step(ab,bb,cb,db);4 4 矩阵、数组与数值运算功能矩阵、数组与数值运算功能5. 5. 多项式运算多项式运算6. MATLAB6. MATLAB符号运算功能符号运算功能7 MATLAB7 MATLAB语句流语句流7 MATLAB7 MATLAB语句流语句流8. MATLAB8. MATLAB的典型时域响应函数（的典型时域响应函数（1 1））8. MATLAB8. MATLAB的典型时域响应函数（的典型时域响应函数（2 2））9. MATLAB9. MATLAB的图形绘制的图形绘制 （（1 1））9. MATLAB9. MATLAB的图形绘制的图形绘制 （（2 2））四、四、SimulinkSimulink四、四、SimulinkSimulink第第2 2章章 控制系统数学模型、模型之控制系统数学模型、模型之 间间 的转换与连接的转换与连接一、控制系统的数学描述 二、系统模型的相互转换 三、系统状态方程的变换与实现 四、控制系统的模型建立与典型连接一、控制系统的数学描述（一、控制系统的数学描述（1 1 ））一、控制系统的数学描述（一、控制系统的数学描述（2 2 ））一、控制系统的数学描述（一、控制系统的数学描述（3 3 ））一、控制系统的数学描述（一、控制系统的数学描述（4 4 ））二、系统模型的相互转换二、系统模型的相互转换1．状态空间方程与传递函数之间的相互转换 2．状态空间方程与零极点模型之间的相互转换 3．传递函数与零极点模型之间的相互转换 4．连续系统和离散系统之间的转换1 1．状态空间方程与传递函数之间的相互．状态空间方程与传递函数之间的相互 转换转换1 1．状态空间方程与传递函数之间的相互．状态空间方程与传递函数之间的相互 转换转换 （例子）（例子）2 2．状态空间方程与零极点模型之间．状态空间方程与零极点模型之间 的相互转换的相互转换2 2．状态空间方程与零极点模型之间．状态空间方程与零极点模型之间 的相互转换（例子）的相互转换（例子）3 3．传递函数与零极点模型之间的相互转．传递函数与零极点模型之间的相互转 换换4 4．连续系统和离散系统之间的转换（．连续系统和离散系统之间的转换（1 1 ））4 4．连续系统和离散系统之间的转换（．连续系统和离散系统之间的转换（2 2 ））三、系统状态方程的变换与实现三、系统状态方程的变换与实现四、控制系统的模型建立与典型连接（四、控制系统的模型建立与典型连接（1 1 ））四、控制系统的模型建立与典型连接（四、控制系统的模型建立与典型连接（2 2 ））四、控制系统的模型建立与典型连接（四、控制系统的模型建立与典型连接（3 3 ））四、控制系统的模型建立与典型连接（四、控制系统的模型建立与典型连接（4 4 ））第第3 3章章 控制系统数字仿真控制系统数字仿真一、基本数值仿真方法 二、数值积分稳定性分析 三、连续控制系统仿真 四、采样控制系统仿真一、基本数值积分方法一、基本数值积分方法1．欧拉（Euler）法 2．梯形法 3．龙格—库塔方法 4．四阶龙格—库塔方法的向量表示法 5．亚当斯法1 1．欧拉（．欧拉（EulerEuler））法（法（1 1））1 1．欧拉（．欧拉（EulerEuler））法（法（2 2））2 2．梯形法．梯形法3 3．龙格．龙格——库塔方法（库塔方法（1 1））3 3．龙格．龙格——库塔方法（库塔方法（2 2））4 4．四阶龙格．四阶龙格——库塔方法的向量表示法（库塔方法的向量表示法（1 1 ））4 4．四阶龙格．四阶龙格——库塔方法的向量表示法（库塔方法的向量表示法（2 2 ））二、数值积分方法的计算稳定性（二、数值积分方法的计算稳定性（1 1））二、数值积分方法的计算稳定性（二、数值积分方法的计算稳定性（2 2））二、数值积分方法的计算稳定性（二、数值积分方法的计算稳定性（3 3））三、连续系统仿真三、连续系统仿真1 1．数值积分的．数值积分的MATLABMATLAB实现实现 2 2．面向微分方程的系统仿真与．面向微分方程的系统仿真与MATLABMATLAB实现实现 3 3．面向传递函数的系统仿真与．面向传递函数的系统仿真与MATLABMATLAB实现实现 4 4．面向结构图的系统仿真．面向结构图的系统仿真 5. 5. 离散相似法的系统仿真离散相似法的系统仿真1 1．数值积分的．数值积分的MATLABMATLAB实现实现 1 1）欧拉法的）欧拉法的MATLABMATLAB实现实现1 1．数值积分的．数值积分的MATLABMATLAB实现实现 2 2）梯形法的）梯形法的MAYTLABMAYTLAB实现实现1 1．数值积分的．数值积分的MATLABMATLAB实现实现 3 3）龙格）龙格——库塔法的库塔法的MAYTLABMAYTLAB实现实现2 2．面向微分方程的系统仿真与．面向微分方程的系统仿真与MATLABMATLAB实现实现 1 1）基于）基于odeode函数的面向微分方程的系统仿真函数的面向微分方程的系统仿真2 2．面向微分方程的系统仿真与．面向微分方程的系统仿真与MATLABMATLAB实现实现 2 2）基于）基于MM函数的面向微分方程的系统仿真函数的面向微分方程的系统仿真3 3．面向传递函数的系统仿真与．面向传递函数的系统仿真与MATLABMATLAB实实 现现(1)(1)3 3．面向传递函数的系统仿真与．面向传递函数的系统仿真与MATLABMATLAB实现实现 (2)(2)4 4．面向结构图的系统仿真．面向结构图的系统仿真• • 基于典型环节的系统仿真基于典型环节的系统仿真 • • 基于基于ConnectConnect连接函数的系统仿真连接函数的系统仿真基于典型环节的系统仿真基于典型环节的系统仿真 系统典型化处理系统典型化处理(1)(1)基于典型环节的系统仿真基于典型环节的系统仿真 系统典型化处理系统典型化处理(2)(2)基于典型环节的系统仿真基于典型环节的系统仿真 连接矩阵及状态方程连接矩阵及状态方程基于典型环节的系统仿真基于典型环节的系统仿真 例子例子基于典型环节的系统仿真基于典型环节的系统仿真 例子例子基于典型环节的系统仿真基于典型环节的系统仿真 例子例子基于基于ConnectConnect连接函数的系统仿真连接函数的系统仿真基于基于ConnectConnect连接函数的系统仿真连接函数的系统仿真5. 5. 离散相似法的系统仿真离散相似法的系统仿真 概念（概念（1 1））5. 5. 离散相似法的系统仿真离散相似法的系统仿真 概念（概念（2 2））5. 5. 离散相似法的系统仿真离散相似法的系统仿真 面向闭环系统的方法面向闭环系统的方法5. 5. 离散相似法的系统仿真离散相似法的系统仿真 面向闭环系统的方法面向闭环系统的方法5. 5. 离散相似法的系统仿真离散相似法的系统仿真 面向闭环系统的方法面向闭环系统的方法5. 5. 离散相似法的系统仿真离散相似法的系统仿真 面向闭环系统的方法面向闭环系统的方法5. 5. 离散相似法的系统仿真离散相似法的系统仿真 非线性环节的处理非线性环节的处理四、采样系统仿真（四、采样系统仿真（1 1））四、采样系统仿真（四、采样系统仿真（2 2））四、采样系统仿真（四、采样系统仿真（3 3））第第6 6章章 控制系统最优化的计算控制系统最优化的计算 机机 辅助设计（概念）辅助设计（概念）最优控制是指：为了完成某一个目标，最优控制是指：为了完成某一个目标， 在一定的约束条件下，使得某项指标或在一定的约束条件下，使得某项指标或 某几项指标的综合达到极限（最大或最某几项指标的综合达到极限（最大或最 小）的控制方法和控制策略。

小）的控制方法和控制策略一、概述一、概述 二、线性规划方法二、线性规划方法 三、单变量的寻优方法三、单变量的寻优方法 四、多变量的寻优方法四、多变量的寻优方法 五、五、PIDPID控制器参数整定与优化方法控制器参数整定与优化方法第第6 6章章 控制系统最优化的计算控制系统最优化的计算 机机 辅助设计辅助设计一、概述（一、概述（最优控制系统的分最优控制系统的分 类）类）最小误差控制系统；最小误差控制系统； 时间最优控制系统；时间最优控制系统； 能量最优控制系统；能量最优控制系统； 状态最优控制系统；状态最优控制系统； 最佳调度、最佳线路系统最佳调度、最佳线路系统1 1．目标函数．目标函数 2 2．．约束条件约束条件 3 3．．参数（静态）最优化和函数（动态。