《MATLAB控制系統仿真與設計》是2010年11月1日 機械工業出版社出版的圖書，作者是趙景波。
基本介紹
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
《MATLAB控制系統仿真與設計》系統講解了MATLAB在控制工程中的套用，包括MATLAB基礎知識、MATLAB與外部程式的接口、Simulink仿真、經典控制理論設計與仿真、線性系統理論設計與仿真、PID控制與仿真、最優控制及仿真和智慧型控制仿真研究。
《MATLAB控制系統仿真與設計》對函式的使用給出了詳細介紹，並配以相應仿真過程予以輔助說明，因此即使是初學者，也能很快學會操作；每章的最後都給出了與本章內容相關的實際套用仿真實例；在工程套用部分，從分析、建模和仿真3方面給出了較為詳細的解析過程，加深了讀者由理論過渡到實際套用的理解。
《MATLAB控制系統仿真與設計》可作為自動控制、機械電子、機械製造、電氣、電子信息、汽車等專業的本科生教材或參考書。
圖書目錄
前言
第1章 MATLAB基礎知識 1
1.1 MATLAB軟體入門 1
1.1.1 MATLAB軟體的特點 1
1.1.2 最新版MATLAB的新特點 1
1.1.3 MATLAB的系統結構 3
1.1.4 MATLAB的安裝 3
1.1.5 MATLAB的啟動 7
1.1.6 MATLAB的開發環境配置 7
1.1.7 MATLAB軟體桌面 7
1.1.8 Help幫助系統 14
1.2 MATLAB的程式設計 15
1.2.1 MATLAB的變數與數組 15
1.2.2 MATLAB的運算符 25
1.2.3 MATLAB的流程控制 29
1.2.4 M檔案 33
1.2.5 檔案I/O函式 36
1.3 MATLAB圖形圖像處理 44
1.3.1 二維圖形的繪製 44
1.3.2 三維曲線作圖 59
1.3.3 圖形用戶界面 62
1.3.4 MATLAB數字圖像處理 65
1.4 MATLAB套用—傅立葉變換 69
1.4.1 離散傅立葉變換 70
1.4.2 傅立葉變換 72
1.5 習題 75
1.6 上機實驗 76
實驗 熟悉MATLAB語言 76
第2章 MATLAB與外部程式的接口 80
2.1 常見的MATLAB混合編程方法 80
2.1.1 用MATLAB自帶的MATLAB Compiler 80
2.1.2 利用MATLAB引擎 81
2.1.3 利用ActiveX控制項 81
2.1.4 利用MAT檔案 81
2.1.5 利用MEX檔案 82
2.1.6 利用Mideva 83
2.1.7 利用Matrix實現混合編程 83
2.1.8 MATLAB COM Builder 84
2.1.9 MATLAB和 Excel混合編程 84
2.2 Visual C++與MATLAB接口編程方法與實現 84
2.2.1 Visual C++與MATLAB接口方法 85
2.2.2 MATLAB編譯器 86
2.2.3 COM組件 86
2.2.4 Visual C++與MATLAB混合編程實例 87
2.3 MATLAB與C語言程式的套用編程接口 90
2.3.1 C語言的MEX檔案的結構 90
2.3.2 使用C語言中的MEX檔案 90
2.3.3 C語言實現MATLAB中M檔案的方法 91
2.3.4 C語言與MATLAB的編程實例 95
2.4 Visual Basic與MATLAB混合編程 96
2.4.1 基礎知識 96
2.4.2 基本思路及實現方法 98
2.4.3 將MATLAB函式轉換為Visual Basic可用的DLL 99
2.5 MATLAB與Delphi的接口 101
2.5.1 採用數據中轉方式實現Delphi與MATLAB交流 101
2.5.2 基於DDE技術的動態數據交換 103
2.5.3 創建ActiveX對象實現數據交流 105
2.5.4 利用動態程式庫技術進行數據交流 106
2.5.5 利用Mideva編譯脫離MATLAB環境的動態程式庫 109
2.6 C ++Builder與MATLAB混合編程 109
2.6.1 DLL的使用 110
2.6.2 開發平台Mediva的使用 111
2.7 在Word環境下使用MATLAB 113
2.7.1 安裝MATLAB Notebook 113
2.7.2 Notebook 的使用指令 114
2.8 LabVIEW與MATLAB混合編程 116
2.9 在MATLAB環境下實現對硬體資源的訪問 117
2.9.1 Windows環境下對硬體資源的訪問 118
2.9.2 MATLAB環境下MEX程式的設計 118
2.9.3 MATLAB環境下和MEX程式中的數據格式處理 119
2.10 基於MATLAB 的DSP 調試方法 121
2.10.1 MATLAB輔助DSP設計的方法 121
2.10.2 CCSLink的實現方式及工作原理 122
2.10.3 基於MATLAB 的DSP 調試方法 123
2.11 基於MATLAB的實時數據採集與分析 126
2.11.1 數據採集 126
2.11.2 數據採集工具箱介紹 126
2.11.3 數據採集過程 127
2.11.4 MATLAB的音頻信號處理工具 129
2.12 MATLAB與外部程式的套用—基於Visual C++與MATLAB的混合編程
實現圖像的三維顯示 130
2.12.1 MATLAB Add-in實現MATLAB與Visual C++的混合編程 130
2.12.2 三維顯示程式的創建 131
2.12.3 在主程式中完成對三維顯示程式的調用 132
2.13 習題 132
2.14 上機實驗 136
實驗 MATLAB與Visual C++混合編程 136
第3章 Simulink仿真 139
3.1 Simulink入門 139
3.1.1 Simulink的啟動和退出 140
3.1.2 Simulink視窗介紹 140
3.1.3 Simulink的常用模組庫 140
3.2 Simulink模型的創建 144
3.2.1 Simulink模組參數屬性設定 144
3.2.2 Simulink模組的查找、選定與移動 144
3.2.3 Simulink模組的複製與刪除 145
3.2.4 Simulink模組幾何屬性的調整 145
3.2.5 創建新的Simulink模組 146
3.2.6 創建Simulink模組的連線 146
3.3 子系統 147
3.3.1 子系統的創建 148
3.3.2 子系統的封裝 148
3.3.3 條件子系統 149
3.3.4 Simulink仿真運行 150
3.3.5 Simulink調試 152
3.4 定製函式館和S函式 153
3.4.1 函式館的定製 153
3.4.2 S-Function的建立 153
3.5 Simulink命令集 154
3.6 Simulink仿真實例 156
3.7 同步電動機的Simulink仿真 159
3.7.1 同步電動機基本原理 160
3.7.2 仿真系統的總體設計 162
3.7.3 仿真系統的詳細設計 164
3.7.4 系統仿真運行 167
3.8 習題 168
3.9 上機實驗 169
實驗 熟悉GUI與Simulink 169
第4章 經典控制理論設計與仿真 175
4.1 自動控制系統的基本概念 175
4.1.1 開環控制和閉環控制 175
4.1.2 閉環控制系統的組成和基本環節 177
4.1.3 自動控制系統的分類 178
4.1.4 自動控制系統的性能指標 179
4.2 自動控制系統的數學模型 181
4.2.1 系統的微分方程 181
4.2.2 控制系統的傳遞函式 182
4.2.3 系統的動態框圖 182
4.3 系統數學模型的處理 184
4.3.1 多項式求根 184
4.3.2 傳遞函式 184
4.3.3 零極點模型 185
4.3.4 框圖 186
4.4 系統的瞬態回響分析 187
4.4.1 單位脈衝回響 187
4.4.2 單位階躍回響 188
4.4.3 單位斜坡回響 188
4.4.4 任意已知函式作用下系統的回響 189
4.5 根軌跡的繪製 190
4.6 系統的頻域分析 191
4.6.1 波特圖法 191
4.6.2 增益和相位裕度 193
4.6.3 奈奎斯特法 194
4.7 經典控制理論設計與仿真套用——控制系統的校正 196
4.7.1 相位超前校正 196
4.7.2 相位滯後校正 198
4.8 習題 200
4.9 上機實驗 200
實驗 經典控制系統分析 200
第5章 線性系統理論設計與仿真 203
5.1 離散控制系統 203
5.1.1 連續系統的離散化 203
5.1.2 求離散系統的回響 204
5.2 狀態空間模型 206
5.3 李雅普諾夫穩定性 213
5.4 線性系統的狀態空間分析 214
5.4.1 能控性分析 216
5.4.2 能觀性分析 218
5.5 基於狀態空間模型的控制器設計方法 220
5.5.1 狀態空間表達式的若干基本概念以及狀態方程的解 220
5.5.2 狀態反饋極點配置控制器設計 222
5.5.3 狀態觀測器設計 224
5.5.4 基於狀態觀測器狀態反饋控制系統 226
5.6 倒立擺控制系統 228
5.7 習題 234
5.8 上機實驗 238
實驗 狀態空間極點配置控制 238
第6章 PID控制與仿真 248
6.1 PID控制原理 248
6.2 PID控制器設計 248
6.2.1 PID控制器的傳遞函式 249
6.2.2 PID控制器各參數對控制性能的影響 249
6.2.3 使用Ziegler-Nichols經驗整定公式進行PID控制器設計 250
6.3 數字PID控制 252
6.3.1 位置型PID控制算法 252
6.3.2 連續系統的數字PID控制 254
6.3.3 離散系統的數字PID控制 254
6.3.4 增量型PID控制算法 256
6.3.5 積分分離PID控制算法 258
6.3.6 抗積分飽和PID控制算法 259
6.3.7 梯形積分PID控制算法 261
6.3.8 變速積分PID控制算法 261
6.3.9 不完全微分PID控制算法 263
6.3.10 綜合實例 264
6.4 最少拍控制系統仿真 266
6.5 純滯後系統數字控制器的設計 268
6.6 PID控制算法的套用 270
6.7 習題 275
6.8 上機實驗 277
實驗 數字PID控制 277
第7章 最優控制及仿真 279
7.1 概述 279
7.2 靜態最佳化—函式的極值問題 287
7.2.1 無約束條件的函式極值問題 287
7.2.2 有約束條件的函式極值問題 290
7.3 用變分法解最優控制—泛函極值問題 291
7.3.1 變分法基礎 291
7.3.2 無約束條件的泛函極值問題 292
7.3.3 有約束條件的泛函極值—動態系統的最優控制問題 294
7.4 極小值原理及其套用 297
7.4.1 連續系統的極小值原理 298
7.4.2 最短時間控制問題 302
7.4.3 最少燃料控制問題 302
7.5 線性系統二次型指標的最優控制—線性二次型問題 302
7.5.1 線性二次型問題的提法 303
7.5.2 終端時間有限時連續系統的狀態調節器問題 304
7.5.3 穩態時連續系統的狀態調節器問題 306
7.6 最優控制的工具箱函式 307
7.7 用MATLAB解線性二次型最優控制 312
7.8 用MATLAB解最優控制問題 323
7.8.1 機械臂最優路徑規劃 323
7.8.2 倒立擺系統的數字最優控制器 327
7.8.3 不含積分環節的伺服系統設計 331
7.9 習題 333
7.10 上機實驗 334
實驗 單級倒立擺穩定控制 334
第8章 智慧型控制仿真研究 340
8.1 神經網路控制 340
8.1.1 BP神經網路 340
8.1.2 RBF神經網路 342
8.1.3 神經網路控制理論 343
8.1.4 神經網路控制設計 346
8.2 模糊控制 349
8.2.1 模糊控制的概念及產生 349
8.2.2 模糊控制規則 350
8.2.3 模糊控制方法及仿真 352
8.3 滑模控制 358
8.3.1 滑模控制的基本概念 358
8.3.2 滑模控制的套用 359
8.3.3 滑模控制的方法 361
8.4 小波分析與小波變換 362
8.4.1 基礎知識 363
8.4.2 MATLAB中的小波分析工具箱 364
8.4.3 MATLAB小波分析工具箱中對象的套用 368
8.5 系統辨識及仿真 373
8.5.1 基礎知識 373
8.5.2 辨識三要素 375
8.5.3 參數估計的批量法 385
8.5.4 辨識原理 392
8.6 魯棒控制 396
8.6.1 系統不確定性 397
8.6.2 Kharitonov定理 398
8.6.3 H∞控制理論 399
8.6.4 H∞控制在MATLAB上的套用 401
8.7 習題 405
8.8 上機實驗 412
實驗 基於神經網路的雙容水箱自適應PID控制實驗 412
參考文獻 417
