《先進PID控制MATLAB仿真（第4版）》是2016年電子工業出版社出版的圖書，作者是劉金琨。
基本介紹
- 書名：先進PID控制MATLAB仿真（第4版）
- 作者：劉金琨
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2016年6月
- 頁數：544 頁
- 定價：79.8 元
- 開本：16 開
- ISBN：9787121288463
- 叢書名：電子工程技術叢書
- 字 數：870千
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
內容簡介
全書共分17章，包括基本的PID控制、PID控制器的整定、時滯系統PID控制、基於微分器的PID控制、基於觀測器的PID控制、自抗擾控制器及其PID控制、PD魯棒自適應控制、專家PID控制和模糊PD控制、神經網路PID控制、基於差分進化的PID控制、伺服系統PID控制、疊代學習PID控制、撓性及奇異攝動系統的PD控制、機械手PID控制、飛行器雙閉環PD控制、倒立擺系統的控制及GUI動畫演示，以及其他控制方法的設計。每種方法都給出了算法推導、實例分析和相應的MATLAB仿真設計程式。
作者簡介
劉金琨：遼寧人，1965年生。分別於1989年7月、1994年3月和1997年3月獲東北大學工學學士、工學碩士和工學博士學位。1997年3月至1998年12月在浙江大學工業控制技術研究所做博士後研究工作。1999年1月至1999年7月在香港科技大學從事合作研究。1999年11月至今在北京航空航天大學自動化學院從事教學與科研工作，現任教授、博士導師。主講“智慧型控制”、“先進控制系統設計”和“系統辨識”等課程。研究方向為控制理論與套用。自從從事研究工作以來，主持國家自然基金等科研項目10餘項，發表學術論文100餘篇。曾出版《智慧型控制》《機器人控制系統的設計與MATLAB仿真》《滑模變結構控制MATLAB仿真》《RBF神經網路自適應控制MATLAB仿真》《系統辨識》和《微分器設計與套用—信號濾波與求導》等著作。
圖書目錄
第1章 基本的PID控制 1
1.1 PID控制原理 1
1.2 連續系統的模擬PID仿真 2
1.2.1 基本的PID控制 2
1.2.2 線性時變系統的PID控制 8
1.3 數字PID控制 12
1.3.1 位置式PID控制算法 12
1.3.2 連續系統的數字PID控制仿真 13
1.3.3 離散系統的數字PID控制仿真 18
1.3.4 增量式PID控制算法及仿真 25
1.3.5 積分分離PID控制算法及仿真 26
1.3.6 抗積分飽和PID控制算法及仿真 31
1.3.7 梯形積分PID控制算法 34
1.3.8 變速積分PID算法及仿真 34
1.3.9 帶濾波器的PID控制仿真 38
1.3.10 不完全微分PID控制算法及仿真 44
1.3.11 微分先行PID控制算法及仿真 48
1.3.12 帶死區的PID控制算法及仿真 51
1.3.13 基於前饋補償的PID控制算法及仿真 55
1.3.14 步進式PID控制算法及仿真 57
1.3.15 PID控制的方波回響 60
1.3.16 基於卡爾曼濾波器的PID控制 62
1.4 S函式介紹 71
1.4.1 S函式簡介 71
1.4.2 S函式使用步驟 72
1.4.3 S函式的基本功能及重要參數設定 72
1.4.4 實例說明 72
1.5 PID研究新進展 73
參考文獻 73
第2章 PID控制器的整定 75
2.1 概述 75
2.2 基於回響曲線法的PID整定 75
2.2.1 基本原理 75
2.2.2 仿真實例 76
2.3 基於Ziegler-Nichols的頻域回響PID整定 79
2.3.1 連續Ziegler-Nichols方法的PID整定 79
2.3.2 仿真實例 80
2.3.3 離散Ziegler-Nichols方法的PID整定 83
2.3.4 仿真實例 83
2.4 基於頻域分析的PD整定 87
2.4.1 基本原理 87
2.4.2 仿真實例 87
2.5 基於相位裕度整定的PI控制 89
2.5.1 基本原理 89
2.5.2 仿真實例 92
2.6 基於極點配置的穩定PD控制 94
2.6.1 基本原理 94
2.6.2 仿真實例 95
2.7 基於臨界比例度法的PID整定 97
2.7.1 基本原理 97
2.7.2 仿真實例 98
2.8 一類非線性整定的PID控制 100
2.8.1 基本原理 100
2.8.2 仿真實例 102
2.9 基於最佳化函式的PID整定 104
2.9.1 基本原理 104
2.9.2 仿真實例 104
2.10 基於NCD最佳化的PID整定 106
2.10.1 基本原理 106
2.10.2 仿真實例 106
2.11 基於NCD與最佳化函式結合的PID整定 109
2.11.1 基本原理 109
2.11.2 仿真實例 110
2.12 傳遞函式的頻域測試 111
2.12.1 基本原理 111
2.12.2 仿真實例 112
參考文獻 115
第3章 時滯系統的PID控制 116
3.1 單迴路PID控制系統 116
3.2 串級PID控制 116
3.2.1 串級PID控制原理 116
3.2.2 仿真實例 117
3.3 純滯後系統的大林控制算法 121
3.3.1 大林控制算法原理 121
3.3.2 仿真實例 121
3.4 純滯後系統的Smith控制算法 123
3.4.1 連續Smith預估控制 123
3.4.2 仿真實例 125
3.4.3 數字Smith預估控制 127
3.4.4 仿真實例 128
參考文獻 133
第4章 基於微分器的PID控制 134
4.1 基於全程快速微分器的PD控制 134
4.1.1 全程快速微分器 134
4.1.2 仿真實例 134
4.2 基於Levant微分器的PID控制 143
4.2.1 Levant微分器 143
4.2.2 仿真實例 144
參考文獻 155
第5章 基於觀測器的PID控制 156
5.1 基於慢干擾觀測器補償的PID控制 156
5.1.1 系統描述 156
5.1.2 觀測器設計 156
5.1.3 仿真實例 157
5.2 基於指數收斂干擾觀測器的PID控制 162
5.2.1 系統描述 163
5.2.2 指數收斂干擾觀測器的問題提出 163
5.2.3 指數收斂干擾觀測器的設計 163
5.2.4 PID控制器的設計及分析 164
5.2.5 仿真實例 164
5.3 基於名義模型干擾觀測器的PID控制 171
5.3.1 干擾觀測器基本原理 171
5.3.2 干擾觀測器的性能分析 172
5.3.3 干擾觀測器魯棒穩定性 173
5.3.4 低通濾波器Q(s)的設計 175
5.3.5 仿真實例 176
5.4 基於擴張觀測器的PID控制 181
5.4.1 擴張觀測器的設計 181
5.4.2 擴張觀測器的分析 181
5.4.3 仿真實例 184
5.5 基於輸出延遲觀測器的PID控制 198
5.5.1 系統描述 198
5.5.2 輸出延遲觀測器的設計 198
5.5.3 仿真實例 199
參考文獻 208
第6章 自抗擾控制器及其PID控制 209
6.1 非線性跟蹤微分器 209
6.1.1 微分器描述 209
6.1.2 仿真實例 209
6.2 安排過渡過程及PID控制 214
6.2.1 安排過渡過程 214
6.2.2 仿真實例 214
6.3 基於非線性擴張觀測器的PID控制 220
6.3.1 系統描述 220
6.3.2 非線性擴張觀測器 220
6.3.3 仿真實例 221
6.4 非線性PID控制 233
6.4.1 非線性PID控制算法 233
6.4.2 仿真實例 234
6.5 自抗擾控制 236
6.5.1 自抗擾控制結構 236
6.5.2 仿真實例 237
參考文獻 246
第7章 PD魯棒自適應控制 247
7.1 穩定的PD控制算法 247
7.1.1 問題的提出 247
7.1.2 PD控制律的設計 247
7.1.3 仿真實例 248
7.2 基於模型的PI魯棒控制 251
7.2.1 問題的提出 251
7.2.2 PD控制律的設計 251
7.2.3 穩定性分析 252
7.2.4 仿真實例 252
7.3 基於名義模型的機械手PI魯棒控制 256
7.3.1 問題的提出 256
7.3.2 魯棒控制律的設計 257
7.3.3 穩定性分析 257
7.3.4 仿真實例 258
7.4 基於Anti-windup的PID控制 266
7.4.1 Anti-windup基本原理 266
7.4.2 基於Anti-windup的PID控制 266
7.4.3 仿真實例 267
7.5 基於PD增益自適應調節的模型參考自適應控制 271
7.5.1 問題描述 271
7.5.2 控制律的設計與分析 271
7.5.3 仿真實例 272
參考文獻 280
第8章 模糊PD控制和專家PID控制 281
8.1 倒立擺穩定的PD控制 281
8.1.1 系統描述 281
8.1.2 控制律設計 281
8.1.3 仿真實例 282
8.2 基於自適應模糊補償的倒立擺PD控制 285
8.2.1 問題描述 285
8.2.2 自適應模糊控制器設計與分析 286
8.2.3 穩定性分析 287
8.2.4 仿真實例 288
8.3 基於模糊規則表的模糊PD控制 295
8.3.1 基本原理 295
8.3.2 仿真實例 296
8.4 模糊自適應整定PID控制 299
8.4.1 模糊自適應整定PID控制原理 299
8.4.2 仿真實例 301
8.5 專家PID控制 307
8.5.1 專家PID控制原理 307
8.5.2 仿真實例 308
參考文獻 310
第9章 神經網路PID控制 311
9.1 基於單神經元網路的PID智慧型控制 311
9.1.1 幾種典型的學習規則 311
9.1.2 單神經元自適應PID控制 311
9.1.3 改進的單神經元自適應PID控制 312
9.1.4 仿真實例 313
9.2 基於二次型性能指標學習算法的單神經元自適應PID控制 316
9.2.1 控制律的設計 316
9.2.2 仿真實例 317
9.3 基於自適應神經網路補償的PD控制 320
9.3.1 問題描述 320
9.3.2 自適應神經網路設計與分析 321
9.3.3 仿真實例 323
參考文獻 328
第10章 基於差分進化的PID控制 329
10.1 差分進化算法的基本原理 329
10.1.1 差分進化算法的提出 329
10.1.2 標準差分進化算法 329
10.1.3 差分進化算法的基本流程 330
10.1.4 差分進化算法的參數設定 331
10.2 基於差分進化算法的函式最佳化 332
10.3 基於差分進化整定的PD控制 335
10.3.1 基本原理 336
10.3.2 基於差分進化的PD整定 336
10.4 基於摩擦模型辨識和補償的PD控制 340
10.4.1 摩擦模型的線上參數辨識 340
10.4.2 仿真實例 341
10.5 基於最優軌跡規劃的PID控制 345
10.5.1 問題的提出 345
10.5.2 一個簡單的樣條插值實例 345
10.5.3 最優軌跡的設計 347
10.5.4 最優軌跡的最佳化 347
10.5.5 仿真實例 348
參考文獻 354
第11章 伺服系統PID控制 355
11.1 基於Lugre摩擦模型的PID控制 355
11.1.1 伺服系統的摩擦現象 355
11.1.2 伺服系統的LuGre摩擦模型 355
11.1.3 仿真實例 356
11.2 基於Stribeck摩擦模型的PID控制 358
11.2.1 Stribeck摩擦模型描述 358
11.2.2 一個典型伺服系統描述 359
11.2.3 仿真實例 359
11.3 伺服系統三環的PID控制 367
11.3.1 伺服系統三環的PID控制原理 367
11.3.2 仿真實例 368
11.4 二質量伺服系統的PID控制 371
11.4.1 二質量伺服系統的PID控制原理 371
11.4.2 仿真實例 372
11.5 伺服系統的模擬PD+數字前饋控制 375
11.5.1 伺服系統的模擬PD+數字前饋控制原理 375
11.5.2 仿真實例 376
參考文獻 377
第12章 疊代學習PID控制 378
12.1 疊代學習控制方法介紹 378
12.2 疊代學習控制基本原理 378
12.3 基本的疊代學習控制算法 379
12.4 基於PID型的疊代學習控制 379
12.4.1 系統描述 379
12.4.2 控制器設計 379
12.4.3 仿真實例 380
參考文獻 385
第13章 撓性及奇異攝動系統的PD控制 386
13.1 基於輸入成型的撓性機械系統PD控制 386
13.1.1 系統描述 386
13.1.2 控制器設計 386
13.1.3 輸入成型器基本原理 386
13.1.4 仿真實例 388
13.2 基於奇異攝動理論的P控制 393
13.2.1 問題描述 394
13.2.2 模型分解 394
13.2.3 控制律設計 394
13.2.4 仿真實例 395
13.3 柔性機械臂的偏微分方程動力學建模 398
13.3.1 柔性機械臂的控制問題 398
13.3.2 柔性機械臂的偏微分方程建模 398
13.4 柔性機械臂分散式參數邊界控制 402
13.4.1 模型描述 402
13.4.2 邊界PD控制律設計 403
13.4.3 仿真實例 405
參考文獻 412
第14章 機械手PID控制 413
14.1 機械手獨立PD控制 413
14.1.1 控制律設計 413
14.1.2 收斂性分析 413
14.1.3 仿真實例 413
14.2 工作空間中機械手末端軌跡PD控制 417
14.2.1 工作空間直角坐標與關節角位置的轉換 418
14.2.2 機械手在工作空間的建模 419
14.2.3 PD控制器的設計 419
14.2.4 仿真實例 420
14.3 工作空間中機械手末端的阻抗PD控制 426
14.3.1 問題的提出 426
14.3.2 阻抗模型的建立 427
14.3.3 控制器的設計 428
14.3.4 仿真實例 428
14.4 移動機器人的P+前饋控制 438
14.4.1 移動機器人運動學模型 439
14.4.2 位置控制律設計 439
14.4.3 姿態控制律設計 440
14.4.4 閉環系統的設計關鍵 441
14.4.5 仿真實例 441
參考文獻 448
第15章 飛行器雙閉環PD控制 450
15.1 基於雙環設計的VTOL飛行器軌跡跟蹤PD控制 450
15.1.1 VTOL模型描述 450
15.1.2 針對第一個子系統的控制 451
15.1.3 針對第二個子系統的控制 452
15.1.4 仿真實例 452
15.2 基於內外環的四旋翼飛行器的PD控制 459
15.2.1 四旋翼飛行器動力學模型 459
15.2.2 位置控制律設計 460
15.2.3 虛擬姿態角度的求解 461
15.2.4 姿態控制律設計 462
15.2.5 閉環系統的設計關鍵 463
15.2.6 仿真實例 464
參考文獻 473
第16章 小車倒立擺系統的控制及GUI動畫演示 474
16.1 小車倒立擺的H∞控制 474
16.1.1 系統描述 474
16.1.2 H∞控制器要求 475
16.1.3 基於Riccati方程的H∞控制 475
16.1.4 LMI及其MATLAB求解 476
16.1.5 基於LMI的H∞控制 477
16.1.6 仿真實例 477
16.2 單級倒立擺控制系統的GUI動畫演示 485
16.2.1 GUI介紹 485
16.2.2 演示程式的構成 485
16.2.3 主程式的實現 485
16.2.4 演示界面的GUI設計 486
16.2.5 演示步驟 486
參考文獻 488
第17章 其他控制方法的設計與仿真 489
17.1 單級倒立擺建模 489
17.2 倒立擺PD控制 490
17.2.1 系統描述 490
17.2.2 仿真實例 491
17.3 小車倒立擺的全狀態反饋控制 494
17.3.1 系統描述 494
17.3.2 全狀態反饋控制 494
17.3.3 仿真實例 495
17.4 輸入/輸出反饋線性化 503
17.4.1 系統描述 503
17.4.2 控制律設計 503
17.4.3 仿真實例 504
17.5 倒立擺反演控制 507
17.5.1 系統描述 508
17.5.2 控制律設計 508
17.5.3 仿真實例 509
17.6 倒立擺滑模控制 512
17.6.1 問題描述 512
17.6.2 控制律設計 512
17.6.3 仿真實例 513
17.7 自適應魯棒滑模控制 518
17.7.1 問題的提出 518
17.7.2 自適應控制律的設計 518
17.7.3 仿真實例 519
參考文獻 526
