控制系統建模與仿真——基於MATLAB/Simulink的分析與實現

《控制系統建模與仿真——基於MATLAB/Simulink的分析與實現》是清華大學出版社2020年出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：控制系統建模與仿真——基於MATLAB/Simulink的分析與實現
• 作者：姜增如
• 出版時間：2020年12月1日
• 出版社：清華大學出版社
• ISBN：9787302564669
• 定價：79 元

內容簡介

本教材共包含8章，第1、2章為MATLAB數學運算基礎套用，介紹了MATLAB矩陣、函式、符號及高等數學函式運算。第3章介紹了自動控制及系統的組成、穩定性的概念及傳遞函式的建立方法。第4~8章利用MATLAB強大數據處理、繪圖函式和Simulink仿真工具，對被控對象模型進行了系統建模、分析、計算、性能指標的最佳化及控制器設計，從時域、頻域、根軌跡、非線性及狀態空間幾個方面，完成對系統性能指標驗證及控制系統設計，還使用GUIDE編寫了實驗界面，通過人-機互動完成PID參數設計。在教材結構上，便於學生操作和自學。

教材封面

圖書目錄

第1章MATLAB/Simulink概述

1.1MATLAB的主要功能

1.2MATLAB R2020a視窗界面

1.2.1主界面

1.2.2工具列

1.3視窗操作

1.3.1常用操作命令

1.3.2常用快捷鍵

1.4Simulink簡介

1.4.1Simulink的組成結構

1.4.2Simulink仿真示例

第2章MATLAB矩陣與數組套用

2.1常量與變數的使用

2.1.1常量表示

2.1.2新建變數

2.1.3變數命名規則

2.1.4全局變數

2.1.5數據類型

2.1.6常用標點符號及功能

2.2矩陣表示

2.2.1矩陣的建立方法

2.2.2向量的建立方法

2.2.3常用特殊矩陣

2.2.4稀疏矩陣

2.2.5矩陣拆分

2.3矩陣的基本運算

2.3.1求矩陣的秩、跡和條件數

2.3.2求矩陣的逆

2.3.3求矩陣的特徵值和特徵向量

2.3.4矩陣的算術運算

2.3.5求矩陣的最大值、最小值及矩陣的排序

2.3.6求矩陣的平均值和中值

2.3.7求矩陣元素的和與積

2.3.8求元素累加和與累乘積

2.4MATLAB常用函式

2.4.1隨機函式

2.4.2數學函式

2.4.3轉換函式

2.4.4字元串操作函式

2.4.5判斷數據類型函式

2.4.6查找函式

2.4.7判斷向量函式

2.4.8日期時間函式

2.4.9檔案操作函式

2.4.10函式句柄

2.5MATLAB數組表示

2.5.1結構數組

2.5.2元胞(單元)數組

2.6數組集合運算

2.6.1交運算

2.6.2差運算

2.6.3並運算

2.6.4異或運算

2.7多項式與算術運算

2.7.1多項式的建立與轉換

2.7.2多項式運算

2.8MATLAB符號運算

2.8.1符號變數與符號表達式

2.8.2符號運算

第3章MATLAB高等數學計算

3.1傅立葉變換與反變換

3.1.1傅立葉變換

3.1.2傅立葉反變換

3.2拉普拉斯變換與反變換

3.2.1拉普拉斯變換

3.2.2拉普拉斯反變換

3.3Z變換與反變換

3.3.1Z變換

3.3.2Z反變換

3.4求極限

3.5求導數

3.5.1語法格式

3.5.2求導數案例

3.6求積分

3.6.1使用int函式求積分

3.6.2使用quadl函式求積分

3.7求零點與極值

3.7.1求零點

3.7.2求極值

3.8求方程的解

3.8.1線性方程組求解

3.8.2符號代數方程求解

3.8.3常微分方程(組)求解

3.9級數

3.9.1級數求和

3.9.2一元函式的泰勒級數展開

3.10常用繪圖功能

3.10.1二維繪圖

3.10.2三維繪圖

3.11函式插值

3.11.1一維插值

3.11.2二維插值

3.11.3三維插值

第4章控制系統建模與仿真理論基礎

4.1控制系統及建模

4.1.1自動控制系統

4.1.2控制系統建模

4.2控制系統的穩定性

4.2.1穩定性的描述

4.2.2穩定性的圖形表示

4.3傳遞函式模型表示

4.3.1傳遞函式的定義

4.3.2傳遞函式的性質

4.3.3傳遞函式的主要套用

4.4系統的開環和閉環傳遞函式模型

4.4.1開環傳遞函式模型

4.4.2閉環傳遞函式模型

4.5傳遞函式模型的建立方法

4.5.1傳遞函式模型的形式

4.5.2零極點傳遞函式模型

4.5.3狀態空間形式

4.5.4建立標準傳遞函式模型

4.6傳遞函式模型形式轉換

4.6.1傳遞函式轉換函式

4.6.2傳遞函式轉換示例

第5章控制系統時域分析的MATLAB實現

5.1模型建立與化簡

5.1.1串聯結構

5.1.2並聯結構

5.1.3反饋結構

5.1.4複雜結構

5.1.5多輸入多輸出系統

5.2控制系統的瞬態回響分析

5.2.1單位脈衝回響

5.2.2單位階躍回響

5.2.3零輸入回響

5.2.4任意函式作用下系統的回響

5.3二階系統階躍回響分析

5.3.1二階系統時域動態性能指標

5.3.2使用函式獲取時域動態指標

5.4穩定性分析

5.4.1使用閉環特徵多項式的根判別穩定性

5.4.2使用零極點圖判別穩定性

5.4.3使用勞斯判據判別穩定性

5.4.4延遲環節穩定性判別

第6章控制系統頻域分析、根軌跡分析與設計的MATLAB實現

6.1頻域特性分析

6.1.1繪製Bode圖

6.1.2獲取幅值裕度和相位裕度

6.1.3繪製Nyquist圖

6.1.4繪製Nichols圖

6.1.5計算頻域參數

6.2頻域法超前和滯後校正設計

6.2.1超前校正設計方法

6.2.2滯後校正設計方法

6.3根軌跡分析與設計

6.3.1根軌跡分析

6.3.2根軌跡校正設計

第7章PID控制器的MATLAB編程實現

7.1使用試湊法設計PID控制器

7.1.1PID控制原理

7.1.2PID試湊原則

7.1.3PID控制器參數的作用

7.1.4試湊法PID控制器設計分析

7.2工程整定法求PID控制參數

7.2.1動態特性參數法

7.2.2科恩庫恩整定法

7.2.3使用衰減曲線法整定參數

7.2.4使用臨界比例度法整定參數

7.3使用Smith預估器設計PID控制器

7.3.1Smith預估器控制的基本原理

7.3.2Smith預估器控制特點

第8章狀態空間極點配置控制系統設計的MATLAB實現

8.1極點配置與必要條件

8.1.1極點配置說明

8.1.2極點配置方法

8.1.3系統可控性及判斷方法

8.1.4狀態反饋極點配置空間變換參數

8.1.5系統可觀測性及判斷方法

8.2二次型最優控制器設計

8.2.1最優控制的基本概念

8.2.2二次型最優控制函式

8.3使用Kalman濾波器設計LQG最優控制器

8.3.1Kalman濾波器的MATLAB實現

8.3.2LQG最優控制器的MATLAB實現

第9章基於Simulink模組的設計與仿真

9.1仿真編輯及參數設定

9.1.1創建仿真模型

9.1.2仿真庫基本模組

9.1.3模組的參數和屬性設定

9.2二階系統仿真

9.2.1改變阻尼比的二階系統仿真分析

9.2.2改變頻率的二階系統仿真分析

9.3穩定性及穩態誤差仿真

9.3.1穩定性的仿真

9.3.2增益K對穩態誤差的影響

9.3.3積分環節個數對穩態誤差的影響

9.4串聯超前和滯後校正仿真設計

9.4.1相位超前校正

9.4.2相位滯後校正

9.5PID控制仿真

9.5.1使用試湊法整定PID參數

9.5.2使用衰減曲線法整定PID參數

9.5.3使用臨界比例度法整定PID參數

9.5.4Smith預估器控制仿真

9.6非線性相平面分析與校正設計

9.6.1二階系統的相平面分析

9.6.2非線性校正設計

9.7狀態反饋控制器仿真設計

9.7.1狀態反饋與極點配置

9.7.2狀態反饋與極點配置案例

第10章MATLAB的GUIDE與App Designer 界面設計

10.1GUIDE開發環境

10.1.1創建GUI圖形界面

10.1.2圖形界面案例

10.2MATLAB句柄的使用

10.2.1句柄式圖形對象

10.2.2句柄常用函式

10.3回調函式

10.3.1回調函式的格式

10.3.2回調函式的使用

10.4GUI組件及屬性

10.4.1組件及對象屬性

10.4.2載入靜態圖片與動態圖片

10.4.3GUI套用案例

10.5App的套用

10.5.1App設計器

10.5.2App套用案例

10.5.3GUIDE到App的遷移

10.6選單設計

10.6.1上下文選單

10.6.2選單欄設計

參考文獻