控制系统仿真与计算机辅助设计 本书特色
本书以国际控制界*的MATLAB/Simulink语言为主要工具，在全新的 框架下对控制系统建模、仿真、分析与设计进行了较全面的介绍，内容包括 ：MATLAB语言的编程方法及其在各类数学问题求解中的应用；各类线性系统 模型的表示方法与模型转换、系统辨识问题的求解方法；控制系统的计算机 辅助分析；基于Simulink的控制系统建模仿真的方法；控制系统的计算机辅 助设计算法；PID控制器与*控制器设计；控制工程建模仿真应用技巧及 半实物仿真等内容。
本书可作为高等院校自动化专业本科生的教材或参考书，还可供研究生 、科技工作者和教师参考。
控制系统仿真与计算机辅助设计 内容简介
本书以国际控制界首选的MATLAB/Simulink语言为主要工具, 在全新的框架下对控制系统建模、仿真、分析与设计进行了较全面的介绍, 内容包括: MATLAB语言的编程方法及其在各类数学问题求解中的应用 ; 各类线形系统模型的表示方法与模型转换、系统辩识问题的求解方法等。
控制系统仿真与计算机辅助设计 目录
出版说明
前言
第1章 控制系统仿真与计算机辅助设计概述
1.1 控制理论和控制系统概述
1.1.1 自动控制理论的历史回顾
1.1.2 控制系统分类
1.2 系统仿真与仿真语言工具概述
1.2.1 系统仿真与控制系统仿真
1.2.2 常规计算机语言的局限性
1.2.3 数学软件的发展
1.2.4 控制系统仿真与计算机辅助设计软件
1.3 本书主要结构及相关内容
1.3.1 本书结构概述
1.3.2 MATLAB语言的相关资源
1.3.3 书中的MATLAB代码
1.4 本章要点小结
1.5 习题
第2章 MATLAB语言------**的基础知识
2.1 MATLAB的数据结构与语句结构
2.1.1 MATLAB语言的变量与常量
2.1.2 MATLAB的数据结构
2.1.3 MATLAB的基本语句结构
2.1.4 数据存储与读取
2.1.5 MATLAB语言的基本运算
2.2 MATLAB基本控制流程结构
2.2.1 循环结构
2.2.2 转移结构
2.2.3 开关结构
2.2.4 试探结构
2.3 MATLAB的M-函数设计
2.3.1 MATLAB 语言的函数的基本结构
2.3.2 可变输入输出个数的处理
2.4 MATLAB 的图形可视化
2.4.1 二维图形的绘制
1. 二维图形绘制基本语句
2. 其他二维图形绘制语句
3. 隐函数绘制及应用
2.4.2 三维图形的绘制
1. 三维曲线绘制
2. 三维曲面绘制
3. 三维图形视角设置
2.4.3 图形修饰
2.5 MATLAB的图形用户界面设计入门
2.5.1 图形界面设计工具
2.5.2 菜单设计系统
2.5.3 界面设计举例与技巧
2.6 MATLAB语言与数学问题计算机求解
2.6.1 线性代数问题的MATLAB求解
1. 矩阵的参数化分析
2. 矩阵的分解
3. 方程求解问题及MATLAB实现
4. 矩阵问题的解析解
2.6.2 常微分方程问题的MATLAB求解
1. 一阶常微分方程组的数值解法
2. 常微分方程的转换
3. 线性常微分方程的解析求解
2.6.3 *优化问题的MATLAB求解
1. 无约束*优化问题求解
2. 有约束*优化问题求解
3. *优曲线拟合方法
2.7 本章要点小结
2.8 习题
第3章 控制系统模型与转换
3.1 连续线性系统的数学模型
3.1.1 线性系统的传递函数模型
3.1.2 线性系统的状态方程模型
3.1.3 线性系统的零极点模型
3.1.4 多变量系统的传递函数矩阵模型
3.2 离散系统模型
3.2.1 离散传递函数模型
3.2.2 离散状态方程模型
3.3 框图描述系统的化简
3.3.1 控制系统的典型连接结构
3.3.2 纯时间延迟环节的处理
3.3.3 节点移动时的等效变换
3.3.4 复杂系统模型的简化
3.3.5 基于连接矩阵的结构图化简方法
3.4 系统模型的相互转换
3.4.1 连续模型和离散模型的相互转换
3.4.2 系统传递函数的获取
3.4.3 控制系统的状态方程实现
3.4.4 状态方程的*小实现
3.5 线性系统的模型降阶
3.5.1 Pad\'e降阶算法与Routh降阶算法
3.5.2 时间延迟模型的Pad\'e近似
3.5.3 带有时间延迟系统的次*优降阶算法
3.6 线性系统的模型辨识
3.6.1 连续系统的模型辨识
3.6.2 离散系统的模型辨识
3.6.3 辨识模型的阶次选择
3.6.4 离散系统辨识信号的生成
3.6.5 多变量离散系统的辨识
3.7 本章要点小结
3.8 习题
第4章 线性控制系统的计算机辅助分析
4.1 线性系统定性分析
4.1.1 线性系统稳定性分析
4.1.2 线性系统的线性相似变换
4.1.3 线性系统的可控性分析
1. 线性系统的可控性判定
2. Luenberger标准型
3. 可控性阶梯分解
4.1.4 线性系统的可观测性分析
4.1.5 Kalman规范分解
4.2 线性系统时域响应解析解法
4.2.1 基于状态方程的解析解方法
4.2.2 连续状态方程的直接积分求解方法
4.2.3 基于部分分式展开方法求解
4.2.4 二阶系统的阶跃响应及阶跃响应指标
4.3 线性系统的数字仿真分析
4.3.1 线性系统的时域响应
4.3.2 任意输入下系统的响应
4.4 根轨迹分析
4.5 线性系统频域分析
4.5.1 单变量系统的频域分析
4.5.2 利用频率特性分析系统的稳定性
4.5.3 多变量系统的频域分析
1. 多变量系统频域分析概述
2. 对角优势分析
4.5.4频域分析的复域空间扩展
4.6 本章要点小结
4.7 习题
第5章 在系统仿真中的应用
5.1 建模的基础知识
5.1.1 简介
5.1.2 下常用模块简介
1. 输入模块组
2. 输出池模块组
3. 连续系统模块组
4. 离散系统模块组
5. 非线性模块组
6. 数学函数模块组
7. 查表模组块
8. 用户自定义函数模块组
9. 信号模块组
10. 信号属性模块组()
5.1.3 下其他工具箱的模块组
5.2 建模与仿真
5.2.1 建模方法简介
5.2.2 仿真算法与控制参数选择
5.2.3 在控制系统仿真研究中的应用举例
5.3 非线性系统分析与仿真
5.3.1 分段线性的非线性环节
5.3.2 非线性系统的极限环研究
5.3.3 非线性环节的描述函数数值求取方法
5.3.4 非线性系统的线性化
5.4 子系统与模块封装技术
5.4.1 子系统概念及构成方法
5.4.2 模块封装方法
5.4.3 模块集构造
5.5 S-函数及其应用
5.5.1 S-函数的基本结构
5.5.2 用MATLAB编写S-函数举例
5.5.3 S-函数的封装
5.6 输出显示形式
5.7 本章要点小结
5.8 习题
第6章 控制系统计算机辅助设计
6.1 基于传递函数的控制器设计方法
6.1.1 串联超前滞后校正器
1. 超前校正器
2. 滞后校正器
3. 超前滞后校正器
6.1.2 基于相位裕量的设计方法
6.1.3 控制系统工具箱中的设计界面
6.2 状态反馈控制
6.3 基于状态反馈的控制器设计方法
6.3.1 线性二次型指标*优调节器
6.3.2 极点配置控制器设计
1. Ackermann算法
2. Bass-Gura算法
6.3.3 观测器设计及基于观测器的调节器设计
6.4 多变量系统的解耦控制
6.4.1 状态反馈解耦控制
6.4.2 状态反馈的极点配置解耦系统
6.5 本章要点小结
6.6 习题
第7章 PID控制器与*优控制器设计
7.1 PID控制器及其建模
7.1.1 PID控制器概述
7.1.2 离散PID控制器
7.1.3 PID控制器的变形
7.2 过程系统的一阶延迟模型近似
7.2.1 由响应曲线识别一阶模型
7.2.2 基于频域响应的近似方法
7.2.3 基于传递函数的辨识方法
7.2.4 *优降阶方法
7.3 Ziegler-Nichols参数整定方法
7.3.1 Ziegler-Nichols经验公式
7.3.2 改进的Ziegler-Nichols算法
7.3.3 改进PID控制结构与算法
7.3.4 *优PID整定算法
7.3.5 大时间延迟的Smith预估器补偿
7.4 PID工具箱应用举例
7.4.1 基于FOLPD的PID控制器设计程序
7.4.2 下的PID控制器模块集
7.5 *优控制器设计
7.5.1 *优控制的概念
7.5.2 *优控制目标函数的选择
7.5.3 控制器参数寻优
7.5.4 基于MATLAB/的*优控制程序及其应用
7.5.5 *优控制程序的其他应用
7.6 *优PID控制器设计程序
7.7 本章要点小结
7.8 习题
第8章 控制工程中的仿真技术应用
8.1 电路和电子系统的建模与仿真
8.1.1 复杂系统的建模概述
8.1.2 SimPowerSystems简介
8.1.3 电路系统的建模与仿真
8.1.4 电子电路的建模与仿真
8.2 直流电机双闭环拖动系统的建模与仿真
8.2.1 晶闸管整流系统仿真模型
8.2.2 电机模型库及直流电机建模
8.3 半实物仿真系统及其应用
8.3.1 半实物仿真概述
8.3.2 dSPACE简介
8.3.3 dSPACE模块组
8.3.4 半实物仿真举例
8.4 本章要点小结
8.5 习题
附录
附录A 积分变换问题及MATLAB直接求解
A.1 Laplace变换及其反变换
A.2 Z变换及其反变换
A.3 Laplace变换和Z变换的计算机求解
A.4 本附录要点小结
A.5 习题
附录B 反馈系统分析与设计程序CtrlLAB简介
B.1 CtrlLAB的安装与运行
B.2 控制系统模型的输入与处理
B.3 反馈控制系统的分析
B.4 反馈控制系统计算机辅助设计
B.5 本附录要点小结
B.6 习题
参考文献
