《控制系統仿真與實踐案例式教程》是2017年3月北京航空航天大學出版社出版的圖書，作者是王玲玲、梁勇、李瑞濤、王宏、胡慧。
基本介紹
- 書名：控制系統仿真與實踐案例式教程
- 作者：王玲玲、梁勇、李瑞濤、王宏、胡慧
- 出版社：北京航空航天大學出版社
- 出版時間：2017年3月
- 定價：25 元
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
- ISBN：9787512410015
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書的適用對象為高等院校控制類專業本科高年級學生是其進行控制系統仿真與實現的入門級實踐性教材。全書共兩篇:第一篇為控制系統建模與仿真通過闡述系統模型套用控制理論中常用的控制方法進行設計與仿真;第二篇為測控系統設計與實現以單片機作為處理元件通過電路設計及軟體編程完成控制系統的設計與實現。
圖書目錄
第一篇 控制系統建模與仿真
第1章 直線一級倒立擺控制系統…………………………………………………… 1
1.1 倒立擺的基本組成…………………………………………………………… 1
1.2 倒立擺系統的建模…………………………………………………………… 2
1.3 直線一級倒立擺系統的定性分析…………………………………………… 6
1.3.1 系統的穩定性分析……………………………………………………… 6
1.3.2 系統的可控性分析……………………………………………………… 7
1.3.3 系統的可觀性分析……………………………………………………… 8
1.3.4 系統的階躍回響分析…………………………………………………… 8
1.4 直線一級倒立擺的PID控制設計…………………………………………… 9
1.4.1 PID的基本原理………………………………………………………… 9
1.4.2 PID參數整定…………………………………………………………… 10
1.4.3 數字式PID控制算法………………………………………………… 13
1.4.4 倒立擺系統PID控制器的仿真……………………………………… 14
1.5 直線一級倒立擺的LQR控制……………………………………………… 18
1.5.1 線性二次型最優控制理論……………………………………………… 18
1.5.2 倒立擺的LQR仿真…………………………………………………… 20
1.6 課後思考……………………………………………………………………… 23
參考文獻…………………………………………………………………………… 23
第2章 磁懸浮球控制系統………………………………………………………… 25
2.1 磁懸浮球控制系統介紹……………………………………………………… 25
2.1.1 磁懸浮球控制系統的基本原理………………………………………… 25
2.1.2 電磁學理論基礎………………………………………………………… 26
2.1.3 光電位置感測器分析…………………………………………………… 31
2.2 系統數學模型的建立……………………………………………………… 32
2.2.1 理論分析………………………………………………………………… 32
2.2.2 系統模型的線性化處理………………………………………………… 34
2.2.3 系統物理參數及其測量方法…………………………………………… 35
2.2.4 系統模型的建立………………………………………………………… 36
2.2.5 系統的基礎分析………………………………………………………… 38
2.3 根軌跡控制設計……………………………………………………………… 39
2.3.1 基於根軌跡的相位超前校正…………………………………………… 40
2.3.2 基於根軌跡的相位滯後校正…………………………………………… 41
2.3.3 使用根軌跡法設計磁懸浮球系統控制器……………………………… 42
2.4 PID控制設計………………………………………………………………… 49
2.5 模糊PID控制設計………………………………………………………… 52
2.5.1 模糊控制算法的工作原理……………………………………………… 52
2.5.2 模糊控制算法的理論基礎簡述………………………………………… 53
2.5.3 模糊PID控制器的結構與參數……………………………………… 56
2.5.4 模糊PID控制器的實現……………………………………………… 59
2.6 課後思考……………………………………………………………………… 63
參考文獻…………………………………………………………………………… 64
第3章 兩輪直立車系統的自平衡控制…………………………………………… 65
3.1 直立車的基本組成…………………………………………………………… 65
3.2 直立車系統的建模…………………………………………………………… 66
3.2.1 受力分析………………………………………………………………… 67
3.2.2 關係式的建立…………………………………………………………… 69
3.2.3 線性化…………………………………………………………………… 71
3.3 直立車系統的仿真分析……………………………………………………… 73
3.4 PID仿真及參數整定………………………………………………………… 75
3.5 PID參數實物調試…………………………………………………………… 78
3.6 課後思考……………………………………………………………………… 81
參考文獻…………………………………………………………………………… 82
第4章 三自由度直升機系統……………………………………………………… 83
4.1 系統概述…………………………………………………………………… 83
4.2 系統建模…………………………………………………………………… 83
4.2.1 俯仰軸………………………………………………………………… 84
4.2.2 橫側軸………………………………………………………………… 85
4.2.3 旋轉軸………………………………………………………………… 85
4.3 控制系統設計………………………………………………………………… 86
4.3.1 PID理論仿真分析……………………………………………………… 86
4.3.2 LQR控制器的設計…………………………………………………… 90
4.4 課後思考……………………………………………………………………… 94
參考文獻…………………………………………………………………………… 94
第二篇 測控系統設計與實現
第5章 溫度控制系統的設計……………………………………………………… 95
5.1 設計要求……………………………………………………………………… 95
5.2 任務分析……………………………………………………………………… 96
5.3 電路設計……………………………………………………………………… 96
5.3.1 硬體總體框圖…………………………………………………………… 96
5.3.2 單片機電路……………………………………………………………… 97
5.3.3 人機I/O模組………………………………………………………… 99
5.3.4 測溫電路……………………………………………………………… 101
5.3.5 加熱啟停電路………………………………………………………… 102
5.3.6 電源電路……………………………………………………………… 104
5.4 電路仿真…………………………………………………………………… 104
5.5 電路製作…………………………………………………………………… 107
5.6 軟體設計…………………………………………………………………… 107
5.6.1 主程式………………………………………………………………… 108
5.6.2 按鍵子程式…………………………………………………………… 109
5.6.3 測溫子程式…………………………………………………………… 112
5.6.4 顯示子程式…………………………………………………………… 117
5.6.5 溫度控制子程式……………………………………………………… 118
5.7 系統調試…………………………………………………………………… 120
5.7.1 硬體調試……………………………………………………………… 120
5.7.2 軟體調試……………………………………………………………… 121
5.8 課後思考…………………………………………………………………… 124
參考文獻…………………………………………………………………………… 124
第6章 基於雷射感測器的自主循跡智慧型車設計………………………………… 125
6.1 設計要求…………………………………………………………………… 125
6.2 任務分析…………………………………………………………………… 126
6.3 機械設計…………………………………………………………………… 126
6.3.1 感測器布局…………………………………………………………… 127
6.3.2 舵機的安裝…………………………………………………………… 129
6.3.3 編碼器的安裝………………………………………………………… 130
6.4 硬體設計…………………………………………………………………… 131
6.4.1 單片機最小系統……………………………………………………… 131
6.4.2 供電電路……………………………………………………………… 132
6.4.3 路徑信息採集電路…………………………………………………… 133
6.4.4 電機驅動電路………………………………………………………… 135
6.4.5 車速檢測模組………………………………………………………… 136
6.4.6 舵機控制模組………………………………………………………… 138
6.4.7 電路製作……………………………………………………………… 140
6.5 軟體設計…………………………………………………………………… 146
6.5.1 初始化子程式………………………………………………………… 146
6.5.2 路徑識別子程式……………………………………………………… 149
6.5.3 路徑處理子程式……………………………………………………… 150
6.5.4 舵機控制子程式……………………………………………………… 153
6.5.5 速度控制子程式……………………………………………………… 155
6.6 課後思考…………………………………………………………………… 157
參考文獻…………………………………………………………………………… 157
第7章 基於攝像頭感測器的自主循跡智慧型車設計……………………………… 158
7.1 設計要求…………………………………………………………………… 158
7.2 任務分析…………………………………………………………………… 158
7.3 機械設計…………………………………………………………………… 158
7.3.1 攝像頭感測器的基本知識…………………………………………… 158
7.3.2 攝像頭感測器的安裝………………………………………………… 161
7.4 硬體設計…………………………………………………………………… 162
7.4.1 單片機最小系統……………………………………………………… 162
7.4.2 供電電路……………………………………………………………… 163
7.4.3 路徑信息採集電路…………………………………………………… 163
7.4.4 電路製作……………………………………………………………… 166
7.5 軟體設計…………………………………………………………………… 168
7.5.1 初始化子程式………………………………………………………… 168
7.5.2 圖像採集子程式……………………………………………………… 170
7.5.3 圖像處理子程式……………………………………………………… 173
7.6 課後思考…………………………………………………………………… 176
參考文獻…………………………………………………………………………… 176
