基本介紹
內容簡介,目錄,
內容簡介
控制系統仿真與計算機輔助設計》以國際控制界首選的MATLAB/Simulink語言為主要工具，在全新的框架下對控制系統建模、仿真、分析與設計進行了較全面的介紹，內容包括：MATLAB語言的編程方法及其在各類數學問題求解中的套用；各類線性系統模型的表示方法與模型轉換、系統辨識問題的求解方法；控制系統的計算機輔助分析；基於Simulink的控制系統建模仿真的方法；控制系統的計算機輔助設計算法；PID控制器與最優控制器設計；控制工程建模仿真套用技巧及半實物仿真等內容。《控制系統仿真與計算機輔助設計》可作為高等院校自動化專業本科生的教材或參考書，還可供研究生、科技工作者和教師參考。
目錄
出版說明
前言
第1章控制系統仿真與計算機輔助設計概述1
1.1控制理論和控制系統概述1
1.1.1自動控制理論的歷史回顧1
1.1.2控制系統分類2
1.2系統仿真與仿真語言工具概述2
1.2.1系統仿真與控制系統仿真2
1.2.2常規計算機語言的局限性4
1.2.3數學軟體的發展5
1.2.4控制系統仿真與計算機輔助設計軟體7
1.3本書主要結構及相關內容9
1.3.1本書結構概述9
1.3.2MATLAB語言的相關資源10
1.3.3書中的MATLAB代碼10
1.4本章要點小結11
1.5習題11
第2章MATLAB語言------必備的基礎知識13
2.1MATLAB的數據結構與語句結構14
2.1.1MATLAB語言的變數與常量14
2.1.2MATLAB的數據結構14
2.1.3MATLAB的基本語句結構15
2.1.4數據存儲與讀取16
2.1.5MATLAB語言的基本運算16
2.2MATLAB基本控制流程結構19
2.2.1循環結構19
2.2.2轉移結構20
2.2.3開關結構21
2.2.4試探結構22
2.3MATLAB的M-函式設計22
2.3.1MATLAB語言的函式的基本結構23
2.3.2可變輸入輸出個數的處理25
2.4MATLAB的圖形可視化25
2.4.1二維圖形的繪製25
2.4.2三維圖形的繪製30
2.4.3圖形修飾34
2.5MATLAB的圖形用戶界面設計入門34
2.5.1圖形界面設計工具35
2.5.2選單設計系統41
2.5.3界面設計舉例與技巧41
2.6MATLAB語言與數學問題計算機求解47
2.6.1線性代數問題的MATLAB求解47
2.6.2常微分方程問題的MATLAB求解53
2.6.3最最佳化問題的MATLAB求解56
2.7本章要點小結60
2.8習題61
第3章控制系統模型與轉換65
3.1連續線性系統的數學模型65
3.1.1線性系統的傳遞函式模型65
3.1.2線性系統的狀態方程模型68
3.1.3線性系統的零極點模型69
3.1.4多變數系統的傳遞函式矩陣模型70
3.2離散系統模型71
3.2.1離散傳遞函式模型71
3.2.2離散狀態方程模型73
3.3框圖描述系統的化簡74
3.3.1控制系統的典型連線結構74
3.3.2純時間延遲環節的處理77
3.3.3節點移動時的等效變換78
3.3.4複雜系統模型的簡化79
3.3.5基於連線矩陣的結構圖化簡方法81
3.4系統模型的相互轉換83
3.4.1連續模型和離散模型的相互轉換83
3.4.2系統傳遞函式的獲取85
3.4.3控制系統的狀態方程實現86
3.4.4狀態方程的最小實現88
3.5線性系統的模型降階89
3.5.1Pad\'e降階算法與Routh降階算法89
3.5.2時間延遲模型的Pad\'e近似93
3.5.3帶有時間延遲系統的次最優降階算法94
3.6線性系統的模型辨識98
3.6.1連續系統的模型辨識98
3.6.2離散系統的模型辨識100
3.6.3辨識模型的階次選擇105
3.6.4離散系統辨識信號的生成106
3.6.5多變數離散系統的辨識108
3.7本章要點小結109
3.8習題110
第4章線性控制系統的計算機輔助分析114
4.1線性系統定性分析114
4.1.1線性系統穩定性分析114
4.1.2線性系統的線性相似變換117
4.1.3線性系統的可控性分析117
4.1.4線性系統的可觀測性分析121
4.1.5Kalman規範分解122
4.2線性系統時域回響解析解法122
4.2.1基於狀態方程的解析解方法123
4.2.2連續狀態方程的直接積分求解方法125
4.2.3基於部分分式展開方法求解125
4.2.4二階系統的階躍回響及階躍回響指標129
4.3線性系統的數字仿真分析131
4.3.1線性系統的時域回響131
4.3.2任意輸入下系統的回響135
4.4根軌跡分析136
4.5線性系統頻域分析140
4.5.1單變數系統的頻域分析141
4.5.2利用頻率特性分析系統的穩定性144
4.5.3多變數系統的頻域分析146
4.5.4頻域分析的復域空間擴展150
4.6本章要點小結151
4.7習題152
第5章Simulink在系統仿真中的套用157
5.1Simulink建模的基礎知識157
5.1.1Simulink簡介157
5.1.2Simulink下常用模組簡介158
5.1.3Simulink下其他工具箱的模組組164
5.2Simulink建模與仿真164
5.2.1Simulink建模方法簡介164
5.2.2仿真算法與控制參數選擇168
5.2.3Simulink在控制系統仿真研究中的套用舉例170
5.3非線性系統分析與仿真179
5.3.1分段線性的非線性環節179
5.3.2非線性系統的極限環研究182
5.3.3非線性環節的描述函式數值求取方法183
5.3.4非線性系統的線性化186
5.4子系統與模組封裝技術188
5.4.1子系統概念及構成方法188
5.4.2模組封裝方法189
5.4.3模組集構造194
5.5S-函式及其套用194
5.5.1S-函式的基本結構195
5.5.2用MATLAB編寫S-函式舉例196
5.5.3S-函式的封裝199
5.6輸出顯示形式199
5.7本章要點小結202
5.8習題203
第6章控制系統計算機輔助設計207
6.1基於傳遞函式的控制器設計方法207
6.1.1串聯超前滯後校正器208
6.1.2基於相位裕量的設計方法209
6.1.3控制系統工具箱中的設計界面214
6.2狀態反饋控制218
6.3基於狀態反饋的控制器設計方法219
6.3.1線性二次型指標最優調節器219
6.3.2極點配置控制器設計221
6.3.3觀測器設計及基於觀測器的調節器設計224
6.4多變數系統的解耦控制228
6.4.1狀態反饋解耦控制228
6.4.2狀態反饋的極點配置解耦系統230
6.5本章要點小結232
6.6習題232
第7章PID控制器與最優控制器設計234
7.1PID控制器及其建模234
7.1.1PID控制器概述234
7.1.2離散PID控制器235
7.1.3PID控制器的變形236
7.2過程系統的一階延遲模型近似237
7.2.1由回響曲線識別一階模型238
7.2.2基於頻域回響的近似方法239
7.2.3基於傳遞函式的辨識方法240
7.2.4最優降階方法240
7.3Ziegler-Nichols參數整定方法241
7.3.1Ziegler-Nichols經驗公式241
7.3.2改進的Ziegler-Nichols算法243
7.3.3改進PID控制結構與算法245
7.3.4最優PID整定算法248
7.3.5大時間延遲的Smith預估器補償249
7.4PID工具箱套用舉例252
7.4.1基於FOLPD的PID控制器設計程式252
7.4.2下的PID控制器模組集255
7.5最優控制器設計258
7.5.1最優控制的概念258
7.5.2最優控制目標函式的選擇259
7.5.3控制器參數尋優262
7.5.4基於MATLAB/的最優控制程式及其套用265
7.5.5最優控制程式的其他套用268
7.6最優PID控制器設計程式269
7.7本章要點小結273
7.8習題273
第8章控制工程中的仿真技術套用275
8.1電路和電子系統的建模與仿真275
8.1.1複雜系統的建模概述275
8.1.2SimPowerSystems簡介276
8.1.3電路系統的建模與仿真276
8.1.4電子電路的建模與仿真281
8.2直流電機雙閉環拖動系統的建模與仿真285
8.2.1晶閘管整流系統仿真模型286
8.2.2電機模型庫及直流電機建模287
8.3半實物仿真系統及其套用291
8.3.1半實物仿真概述291
8.3.2dSPACE簡介294
8.3.3dSPACE模組組294
8.3.4半實物仿真舉例295
8.4本章要點小結298
8.5習題299
附錄301
附錄A積分變換問題及MATLAB直接求解301
A.1Laplace變換及其反變換301
A.2Z變換及其反變換302
A.3Laplace變換和Z變換的計算機求解303
A.4本附錄要點小結306
A.5習題306
附錄B反饋系統分析與設計程式CtrlLAB簡介307
B.1CtrlLAB的安裝與運行308
B.2控制系統模型的輸入與處理308
B.3反饋控制系統的分析309
B.4反饋控制系統計算機輔助設計310
B.5本附錄要點小結311
B.6習題311
參考文獻313
……
