《反饋控制系統設計與分析-MATLAB語言套用》是2000年清華大學出版社出版的圖書，作者是薛定宇。
基本介紹
- 作者：薛定宇
- ISBN：9787302008538
- 頁數：405
- 定價：36.00
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2000-04
- 裝幀：平裝
內容介紹,作品目錄,
內容介紹
MATLAB語言的兩個最顯著特點，即其強大的矩陣運算能力和完美的圖形可視化
功能，使得它成為國際控制界套用最廣的首選計算機工具。現在，MATLAB語言不但
廣泛套用乾控制領域，也套用乾其它的工程和非工程領域。在控制界，很多知名學者都
為其擅長的領域寫出工具箱，而其中很多工具箱已經成為該領域的標準，如本書深入介
紹的控制系統工具箱。
子曰：“工欲善其事，必先利其器”。作者認為，以MATLAB語言為主線，全面介紹
反饋控制系統分析與設計的基本理論和計算機實踐，無疑會對學生深入理解反饋控制的
基本原理、掌握一個能方便進行控制系統分析和設計的工具大有裨益．因為掌握了這樣
一門工具後，可以把控制系統的研究者從繁瑣的電腦程式編碼中解放出來，將精力更
有效地投放在解決專業技術的問題上；這當然會使得研究人員的研究效率大大地提高。
作者1996年在清華大學出版社出版的《控制系統計算機輔助設計一MATLAB語言
與套用》一書受到了國內外中文讀者的普遍歡迎．
本書不是作者早期著作的再版；而是以更系統的角度全面介紹單變數反饋控制系統
分析與設計的理論問題、介紹了MATLAB語言及相應工具箱在控制系統分析與設計中
套用的教材。本書既包括了傳統控制理論課程中的核心內容，又適當地引人控制系統理
論的新進展。諸如控制系統的魯棒分析、PID類控制器的各種設計方法及線性系統的魯
棒控制等問題，形成了一個完整的體系。
本書1997年底初步形成，並以英文講義的形式印刷發行，其中大部分內容曾在東北
大學自動化類專業高年級本科生教學中實際使用，收到了預期的效果，受到了學生的歡
迎。同時，作者還開發了基於MATLAB語言的反饋控制系統計算機輔助分析與設計程
序CtrlLAB,該軟體在網際網路上公布以來，引起了世界上很多用戶的興趣，許多學校將
其作為教學軟體。
本書可作為高校自動化技術專業及相關專業的研究生與高年級本科生反饋控制課程
教材，也可作為“自動控制原理”、“線性系統”、“控制系統計算機輔助設計”等課程的
教材或參考書，還可供其它專業的學生和科技工作者、教師作為學習自動控制理論的參
考材料。
本書由東北大學控制仿真研究中心徐心和教授主審。本書從醞釀到整個寫作過程始
終得到徐老師的鼓勵和支持，他仔細地閱讀了全書原稿，並提出了許多建設性的寶貴意
見。作者的導師、東北大學任興權教授、英國 Sussex大學的 Derek P Atherton教授也對
本書的最終成形提供了很多幫助。
作者的一些同事和朋友也先後給予作者許多建議，並使作者獲得了許多有益的信息
和材料，這當中包括新加坡 Seagate公司的陳陽泉博士、加拿大 Northern Telecom公司
的莊敏霞博士、新加坡國立大學的葛樹志博士、南非Pretoria大學的夏小華教授、新加
坡大眾鋼鐵公司的張慧先生、英國謝菲爾德大學的楊永耀博士、吳占元博士、郎自強博
士、諸自強博士、香港城市大學的謝力博士、東北大學控制仿真研究中心的郝培鋒博士、
肖文棟博士等，在英文講義試用本完成以來還得到許多國內外同行的建議和意見，在此
作者表示衷心的感謝．
本書在出版過程中得到清華大學出版社蔡鴻程總編的關懷和幫助，在此深表謝意．
本書的出版還得到了 MAILAB軟體的開發者――美國 The MathWorks公司圖書計
劃的支持，如果讀者想購買MATLAB軟體及系列產品，請和該公司直接聯繫：
The MathWorks, Inc.
3 Apple Hill Drive
Natick, MA, 01760-2098 USA
Tel：508-647-7000
Fax： 508-647-7101
E-mail: info@mathworks．com
Web： www．mathworks.com
由於作者水平有限，書中的缺點錯誤在所難免，歡迎讀者批評指教。
幾年來，作者的妻子楊軍在生活和事業上給予了作者莫大的幫助與鼓勵，作者謹以
此書獻給她和女兒薛楊。
作品目錄
第1章 反饋控制系統引論
1．1 反饋控制系統的基本結構
1．2 反饋控制理論的發展綜述
1．3 本書的結構
1．4 計算機輔助工具 MATLAB語言簡介
1．4、1 MATLAB語言引論
1．4．2 標準MATLAB語句與函式
1．4．3 MATLAB語言的圖形功能
1．4．4 MATLAB語言的在線上幫助功能
1．4．5 MATLAB工具箱介紹
習題
第2章 反饋控制系統的數學模型
2．1 系統建模舉例
2．2 Laplace變換與傳遞函式模型
2．3 其它數學模型的表示方法
2．3．1 狀態方程模型
2．3．2 零極點模型
2．4 相互連線框圖的模型表示
2．4．1 串聯連線結構
2．4．2 並聯連線結構
2．4．3 反饋連線結構
2．4．4 更複雜的連線結構
2．5 不同模型對象間的相互轉換
2．5．1 由LTI對象轉換為傳遞函式
2．5．2 將LTI對象轉換成零極點模型
2．5．3 系統的狀態方程實現
2．6 更複雜系統的模型處理方法
2．6．1 Simulink建模方法
2．6．2 非線性系統的線性化
習題
第3章線性控制系統的性質
3．1 線性系統的穩定性分析
3．1．1 直接判定方法
3．1．2 間接判定方法
3．1．3 反饋控制系統的內部穩定性
3．2 控制系統的可控性和可觀測性分析
3．2．1 系統的可控性分析
3．2．2 系統的可觀測性分析
3．2．3 系統的可控性和可觀測性 Gram矩陣
3．2．4 系統的可鎮定性和可檢測性分析
3．3 線性系統的Kalman分解
3．3．1 Kalman分解
3．3．2 最小實現問題的再認識
3．4 系統的時間矩量與 Markov參數
3．4．1 關於s=0展開――時間短量
3．4．2 關於s=∞展開―― Markov參數
3．5 反饋控制系統的魯棒性分析
3．5．1 信號與系統的範數測度
3．5．2 計算H↓2範數的方法
3．5．3 計算H∞範數的方法
3．5．4 靈敏度和補靈敏度函式
3．5．5 穩定性裕量分析
習題
第4章 線性系統的時域分析
4．1 系統時域回響的解析解算法
4．1．1 部分分式展開方法
4．1．2 狀態空間解法
4．2 二階系統的演示例子
4．2．1 解析解研究
4．2．2 不同參數下的系統回響比較
4．2．3 脈衝回響分析
4．3 線性系統的階躍回響分析
4．3．1 時域回響指標
4．3．2 求取階躍回響的方法
4．4 線性系統的脈衝回響分析
4．5 任意輸入下的時域回響分析
4．5．1 利用MATLAB進行線性系統分析
4．5．2 套用MATLAB語言分析非線性系統
4．5．3 套用 Simulink分析系統時域回響
4．6 帶有延遲的系統時域回響分析
4．6．1 時間延遲函式的Pade近似
4．6．2 閉環系統的近似分析
4．7 控制系統工具箱中的系統分析工具 LTIView
習題
第5章 線性系統的復域與頻域分析
5．1 線性系統的根軌跡分析
5．1．1 二階系統的根軌跡分析
5．1．2 根軌跡繪製原理
5．1．3 繪製根軌跡的MATLAB工具
5．1．4 主導極點的等δ和等ω↓n線
5．1．5 時間延遲系統的根軌跡
5．1．6 基於根軌跡的系統設計工具 RLTool
5．2 線性系統的頻域分析與 Nyquist圖
5．2．1 頻域分析入門
5．2．2 Nyquist圖的一般描述
5．2．3 二階系統的Nyquist圖
5．2．4 Nyquist圖與穩定性定理
5．2．5 常規Nyquist圖的非線性變換
5．3 線性系統的閉環頻域回響
5．3．1 等M圓與等N圓
5．3．2 頻域回響的閉環特性
5．4 線性系統的 Bode圖分析
5．4．1 線性系統的 Bode圖
5．4．2 二階系統的Bode圖
5．4．3 Bode圖的漸近線
5．4．4 由BOde圖判定系統穩定性
5．4．5 套用MATLAB繪製Bode圖
5．5 Nichols曲線
5．5．1 等M（ω）線和等α（ω）線
5．5．2 Nichols曲線的系統分析方法
5．6 系統頒域分析的其它內容
5．6．1 幅值裕量與相位裕量
5．6．2 非最小相位系統的頻域回響
5．6．3 時間延遲系統的頻域回響
5．6．4 靈敏度函式的頻域表示
習題
第6章 控制系統的經典設計技術
6．1 串聯超前滯後補償器設計
6．1．1 超前滯後校正入門
6．1．2 由相位裕量設定的方法進行超前滯後校正
6．2 線性二次型最優控制
6．2．1 線性二次型最優控制策略
6．2．2 線性二次型調節器問題
6．2．3 加權矩陣選擇
6．2．4 觀測器與觀測器設計
6．2．5 狀態反饋與基於觀測器的調節器與控制器設計
6．3 極點配置控制器設計
6．3．1 極點配置算法
6．3．2 部分極點配置問題
6．3．3 套用極點配置技術設計觀測器
6．3．4 基於觀測器的極點配置調節器與控制器
6．4 模型跟蹤控制
6．4．1 不同指標下的標準模型格式
6．4．2 模型跟蹤控制器設計
司題
第7章 PID控制器設計
7．1 PID控制器簡介
7．1．1 比例、積分、微分控制作用分析
7．1．2 微分動作在反饋迴路的PID控制
7．2 Ziegler－Nichols整定公式
7．2．1 Ziegler－Nichols整定經驗公式
7．2．2 微分動作在反饋迴路中實現的控制
7．2．3 帶有時間延遲的一階系統模型擬合
7．2．4 改進的Ziegler－Nichols整定公式
7．3 其它PID控制器的整定方法
7．3．1 PID控制器的 Chien－Hrones－Reswick整定算法
7．3．2 Cohen－Coon整定公式
7．3．3 精調的 Ziegler－Nichols整定算法
7．3．4 預測性PI整走算法
7．4 高級PID整定方法
7．4．1 幅值與相位裕量設定的算法
7．4．2 內部模型控制器
7．4．3 極點配置控制器整定
7．5 最優PID控制器設計
7．5．1 設定點最優PID控制器整定
7．5．2 擾動抑制的PID控制器整定
7．5．3 基於福值和相位裕量設定PID控制器設計
7．5．4 改進的幅值相位方法
7．6 PID控制的進一步內容
7．6．1 積分器迴繞與抗迴繞 PID控制器
7．6．2 自整定PID控制器
7．6．3 控制策略選擇
習題
第8章 魯棒控制系統設計
8．1 線性二次型 Gauss控制
8．1．1 線性二次型 Gauss問題
8．1．2 使用 MATLAB求解 LQG問題
8．1．3 帶有迴路傳輸恢復的LQG控制
8．2 魯棒控制問題的一般描述
8．2．1 小增益定理
8．2．2 非結構化的不確定性
8．2．3 魯棒控制結構
8．2．4 MATLAB環境下的模型表示
8，2．5 處理虛軸上的極點
8．3 H∞控制器設計
8．3．1 在加權函式下增廣系統模型
8．3．2 在MATLAB下進行加權模型增廣
8．3．3 加權靈敏度問題――一個簡單的情況研究
8．3．4 H∞控制器設計――一般問題考慮
8．3．5 最優H∞控制器設計
8．4 最優H↓2控制器設計
8．5 關於H∞控制器設計的其它問題
8．5．1 特殊的H∞控制結構
8．5．2 H∞控制中加權函式的影響
8．5．3 靈敏度問題的加權函式選擇
習題
參考文獻
附錄A Laplace變換的計算機求解
A．1 基本 Laplace變換表
A．2 其它函式的導出變換
A．3 計算機輔助Laplace變換求解
A．3．1 套用Mathematica軟體進行Laplace變換
A．3．2 使用 MAfLAB的符號運算工具箱進行 Laplace變換
習題
附錄B 反饋系統分析與設計工具CtrlLAB簡介
B．1 引言
B．1．1 CtrlLAB簡介
B．1．2 程式安裝與系統要求
B．1．3 CtrlLAB程式的運行
B．1．4 CtrlLAB的著作權與聲明
B．2 系統模型輸入與轉換
B．2．1 傳遞函式模型輸入
B．2．2 其它模型表達式輸入
B．2．3 更複雜的系統模型的輸入
B．3 模型變換與降階
B．3．1 模型顯示
B．3．2 狀態方程實現
B．3．3 模型降階
B．4 控制系統分析
B．4．1 控制系統的頻域分析
B．4．2 控制系統的時域回響分析
B．4．3 系統特性分析
B．5 系統設計的套用實例
B．5．1 經典控制系統設計功能
B．5．2 PID控制器設計
B．5．3 魯棒控制器設計
B．6 基於圖形界面的輔助工具
B．6．1 矩陣處理程式
B．6．2 圖形處理程式
習題
附錄 C 作者編寫的MATLAB函式清單
索引
1．1 反饋控制系統的基本結構
1．2 反饋控制理論的發展綜述
1．3 本書的結構
1．4 計算機輔助工具 MATLAB語言簡介
1．4、1 MATLAB語言引論
1．4．2 標準MATLAB語句與函式
1．4．3 MATLAB語言的圖形功能
1．4．4 MATLAB語言的在線上幫助功能
1．4．5 MATLAB工具箱介紹
習題
第2章 反饋控制系統的數學模型
2．1 系統建模舉例
2．2 Laplace變換與傳遞函式模型
2．3 其它數學模型的表示方法
2．3．1 狀態方程模型
2．3．2 零極點模型
2．4 相互連線框圖的模型表示
2．4．1 串聯連線結構
2．4．2 並聯連線結構
2．4．3 反饋連線結構
2．4．4 更複雜的連線結構
2．5 不同模型對象間的相互轉換
2．5．1 由LTI對象轉換為傳遞函式
2．5．2 將LTI對象轉換成零極點模型
2．5．3 系統的狀態方程實現
2．6 更複雜系統的模型處理方法
2．6．1 Simulink建模方法
2．6．2 非線性系統的線性化
習題
第3章線性控制系統的性質
3．1 線性系統的穩定性分析
3．1．1 直接判定方法
3．1．2 間接判定方法
3．1．3 反饋控制系統的內部穩定性
3．2 控制系統的可控性和可觀測性分析
3．2．1 系統的可控性分析
3．2．2 系統的可觀測性分析
3．2．3 系統的可控性和可觀測性 Gram矩陣
3．2．4 系統的可鎮定性和可檢測性分析
3．3 線性系統的Kalman分解
3．3．1 Kalman分解
3．3．2 最小實現問題的再認識
3．4 系統的時間矩量與 Markov參數
3．4．1 關於s=0展開――時間短量
3．4．2 關於s=∞展開―― Markov參數
3．5 反饋控制系統的魯棒性分析
3．5．1 信號與系統的範數測度
3．5．2 計算H↓2範數的方法
3．5．3 計算H∞範數的方法
3．5．4 靈敏度和補靈敏度函式
3．5．5 穩定性裕量分析
習題
第4章 線性系統的時域分析
4．1 系統時域回響的解析解算法
4．1．1 部分分式展開方法
4．1．2 狀態空間解法
4．2 二階系統的演示例子
4．2．1 解析解研究
4．2．2 不同參數下的系統回響比較
4．2．3 脈衝回響分析
4．3 線性系統的階躍回響分析
4．3．1 時域回響指標
4．3．2 求取階躍回響的方法
4．4 線性系統的脈衝回響分析
4．5 任意輸入下的時域回響分析
4．5．1 利用MATLAB進行線性系統分析
4．5．2 套用MATLAB語言分析非線性系統
4．5．3 套用 Simulink分析系統時域回響
4．6 帶有延遲的系統時域回響分析
4．6．1 時間延遲函式的Pade近似
4．6．2 閉環系統的近似分析
4．7 控制系統工具箱中的系統分析工具 LTIView
習題
第5章 線性系統的復域與頻域分析
5．1 線性系統的根軌跡分析
5．1．1 二階系統的根軌跡分析
5．1．2 根軌跡繪製原理
5．1．3 繪製根軌跡的MATLAB工具
5．1．4 主導極點的等δ和等ω↓n線
5．1．5 時間延遲系統的根軌跡
5．1．6 基於根軌跡的系統設計工具 RLTool
5．2 線性系統的頻域分析與 Nyquist圖
5．2．1 頻域分析入門
5．2．2 Nyquist圖的一般描述
5．2．3 二階系統的Nyquist圖
5．2．4 Nyquist圖與穩定性定理
5．2．5 常規Nyquist圖的非線性變換
5．3 線性系統的閉環頻域回響
5．3．1 等M圓與等N圓
5．3．2 頻域回響的閉環特性
5．4 線性系統的 Bode圖分析
5．4．1 線性系統的 Bode圖
5．4．2 二階系統的Bode圖
5．4．3 Bode圖的漸近線
5．4．4 由BOde圖判定系統穩定性
5．4．5 套用MATLAB繪製Bode圖
5．5 Nichols曲線
5．5．1 等M（ω）線和等α（ω）線
5．5．2 Nichols曲線的系統分析方法
5．6 系統頒域分析的其它內容
5．6．1 幅值裕量與相位裕量
5．6．2 非最小相位系統的頻域回響
5．6．3 時間延遲系統的頻域回響
5．6．4 靈敏度函式的頻域表示
習題
第6章 控制系統的經典設計技術
6．1 串聯超前滯後補償器設計
6．1．1 超前滯後校正入門
6．1．2 由相位裕量設定的方法進行超前滯後校正
6．2 線性二次型最優控制
6．2．1 線性二次型最優控制策略
6．2．2 線性二次型調節器問題
6．2．3 加權矩陣選擇
6．2．4 觀測器與觀測器設計
6．2．5 狀態反饋與基於觀測器的調節器與控制器設計
6．3 極點配置控制器設計
6．3．1 極點配置算法
6．3．2 部分極點配置問題
6．3．3 套用極點配置技術設計觀測器
6．3．4 基於觀測器的極點配置調節器與控制器
6．4 模型跟蹤控制
6．4．1 不同指標下的標準模型格式
6．4．2 模型跟蹤控制器設計
司題
第7章 PID控制器設計
7．1 PID控制器簡介
7．1．1 比例、積分、微分控制作用分析
7．1．2 微分動作在反饋迴路的PID控制
7．2 Ziegler－Nichols整定公式
7．2．1 Ziegler－Nichols整定經驗公式
7．2．2 微分動作在反饋迴路中實現的控制
7．2．3 帶有時間延遲的一階系統模型擬合
7．2．4 改進的Ziegler－Nichols整定公式
7．3 其它PID控制器的整定方法
7．3．1 PID控制器的 Chien－Hrones－Reswick整定算法
7．3．2 Cohen－Coon整定公式
7．3．3 精調的 Ziegler－Nichols整定算法
7．3．4 預測性PI整走算法
7．4 高級PID整定方法
7．4．1 幅值與相位裕量設定的算法
7．4．2 內部模型控制器
7．4．3 極點配置控制器整定
7．5 最優PID控制器設計
7．5．1 設定點最優PID控制器整定
7．5．2 擾動抑制的PID控制器整定
7．5．3 基於福值和相位裕量設定PID控制器設計
7．5．4 改進的幅值相位方法
7．6 PID控制的進一步內容
7．6．1 積分器迴繞與抗迴繞 PID控制器
7．6．2 自整定PID控制器
7．6．3 控制策略選擇
習題
第8章 魯棒控制系統設計
8．1 線性二次型 Gauss控制
8．1．1 線性二次型 Gauss問題
8．1．2 使用 MATLAB求解 LQG問題
8．1．3 帶有迴路傳輸恢復的LQG控制
8．2 魯棒控制問題的一般描述
8．2．1 小增益定理
8．2．2 非結構化的不確定性
8．2．3 魯棒控制結構
8．2．4 MATLAB環境下的模型表示
8，2．5 處理虛軸上的極點
8．3 H∞控制器設計
8．3．1 在加權函式下增廣系統模型
8．3．2 在MATLAB下進行加權模型增廣
8．3．3 加權靈敏度問題――一個簡單的情況研究
8．3．4 H∞控制器設計――一般問題考慮
8．3．5 最優H∞控制器設計
8．4 最優H↓2控制器設計
8．5 關於H∞控制器設計的其它問題
8．5．1 特殊的H∞控制結構
8．5．2 H∞控制中加權函式的影響
8．5．3 靈敏度問題的加權函式選擇
習題
參考文獻
附錄A Laplace變換的計算機求解
A．1 基本 Laplace變換表
A．2 其它函式的導出變換
A．3 計算機輔助Laplace變換求解
A．3．1 套用Mathematica軟體進行Laplace變換
A．3．2 使用 MAfLAB的符號運算工具箱進行 Laplace變換
習題
附錄B 反饋系統分析與設計工具CtrlLAB簡介
B．1 引言
B．1．1 CtrlLAB簡介
B．1．2 程式安裝與系統要求
B．1．3 CtrlLAB程式的運行
B．1．4 CtrlLAB的著作權與聲明
B．2 系統模型輸入與轉換
B．2．1 傳遞函式模型輸入
B．2．2 其它模型表達式輸入
B．2．3 更複雜的系統模型的輸入
B．3 模型變換與降階
B．3．1 模型顯示
B．3．2 狀態方程實現
B．3．3 模型降階
B．4 控制系統分析
B．4．1 控制系統的頻域分析
B．4．2 控制系統的時域回響分析
B．4．3 系統特性分析
B．5 系統設計的套用實例
B．5．1 經典控制系統設計功能
B．5．2 PID控制器設計
B．5．3 魯棒控制器設計
B．6 基於圖形界面的輔助工具
B．6．1 矩陣處理程式
B．6．2 圖形處理程式
習題
附錄 C 作者編寫的MATLAB函式清單
索引
