MATLAB控制仿真入门指南：从数学模型到PID设计

本讲义主要涵盖了控制系统仿真的基础理论和MATLAB在该领域的应用，旨在为初学者提供一个易于理解的学习路径。内容分为两个部分：控制系统仿真实践和计算机辅助设计。 第一部分，从第一章开始，首先介绍了数学模型的转换，包括如何利用MATLAB的符号数学功能进行传递函数的不同形式之间的转换，如可控标准型和可观标准型。接着，通过实验内容，引导学生进行连续系统离散化的不同方法，如欧拉法、龙格-库塔法、亚当斯-巴什福思等，并展示了如何将连续系统的传递函数转化为离散模型。这部分还涵盖了连续控制系统仿真，涉及数字仿真方法，包括面向闭环和系统结构的仿真，以及对非线性环节和数字控制器的仿真。 第二部分着重于计算机辅助设计，包括如何利用计算机工具来建立和分析系统动态模型。实验四讲解了经典时域辨识法，通过方波和阶跃响应分析，获取低阶传递函数模型，并介绍如何通过响应曲线推导出微分方程模型。频域辨识方法则是通过计算频率特性，如Levy法拟合传递函数，以及相关分析来识别系统特性。实验五和六分别探讨了传递函数的频率特性计算、串联校正装置的分析，以及PID控制器的计算机仿真与辅助设计，包括连续和数字PID控制器的设计。 最后，实验七探讨了基于时域的线性控制系统计算机辅助设计，包括极点配置和具有线性二次型性能的设计方法。这些实验内容不仅理论扎实，而且操作性强，有助于学生逐步掌握控制系统仿真的实际操作技巧。 本讲义是控制系统的入门指南，通过MATLAB这一强大工具，帮助初学者理解控制系统的基本概念，掌握关键的仿真技术和设计策略，为深入学习和实践打下坚实的基础。