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控制系統計算機輔助設計——MATLAB語言與應用(第4版) 版權信息
- ISBN：9787302594154
- 條形碼：9787302594154 ; 978-7-302-59415-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
控制系統計算機輔助設計——MATLAB語言與應用(第4版) 本書特色
本書是薛定宇教授的經典之作，歷經四版，千錘百煉。本書系統地介紹了國際控制界應用*廣的MATLAB語言及其在控制教學與研究中的應用，側重于介紹MATLAB語言編程基礎與技巧、科學運算問題的MATLAB求解、線性系統的建模和計算機輔助分析、非線性系統的仿真分析、控制系統的計算機輔助設計方法等，包括串聯控制器、狀態反饋控制器、多變量系統頻域設計、PID控制器設計、QFT控制器、*優控制器設計、多變量頻域設計與解耦、LQG/LTR控制器設計、*優控制、分數階控制、自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、遺傳算法優化控制等。本書還介紹了基于dSPACE和Quanser的實時控制系統實驗方法。內容豐富翔實、理論與實踐并重，是一本不可多得的精品教材。 控制領域的經典著作，歷經四版，數百所高校采用！國家精品課程教材！
控制系統計算機輔助設計——MATLAB語言與應用(第4版) 內容簡介
本書系統地介紹了國際控制界應用*廣的MATLAB語言及其在控制教學與研究中的應用，側重于介紹MATLAB語言編程基礎與技巧、科學運算問題的MATLAB求解、線性系統的建模和計算機輔助分析、非線性系統的仿真分析、控制系統的計算機輔助設計方法等，包括串聯控制器、狀態反饋控制器、多變量系統頻域設計、PID控制器設計、QFT控制器、**控制器設計、多變量頻域設計與解耦、LQG/LTR控制器設計、**控制、分數階控制、自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、遺傳算法優化控制等。本書還介紹了基于dSPACE和Quanser的實時控制系統實驗方法。
控制系統計算機輔助設計——MATLAB語言與應用(第4版) 目錄
第1 章控制系統計算機輔助設計概述1
1.1 控制問題的計算機求解演示. 1
1.2 控制系統計算機輔助設計技術的發展綜述. 5
1.3 控制系統計算機輔助設計語言環境綜述. 6
1.4 仿真軟件的發展概況. 9
1.5 MATLAB/Simulink 與CACSD 工具箱. 11
1.6 控制系統計算機輔助設計領域方法概述. 13
1.7 本書的基本結構和內容. 15
1.7.1 本書的基本內容. 15
1.7.2 MATLAB 的聯機幫助系統. 17
1.8 習題. 18
參考文獻. 20
第2 章MATLAB 語言程序設計基礎23
2.1 MATLAB 程序設計語言基礎. 24
2.1.1 MATLAB 語言的變量與常量. 24
2.1.2 數據結構. 25
2.1.3 MATLAB 的基本語句結構. 27
2.1.4 冒號表達式. 28
2.1.5 子矩陣提取. 29
2.2 基本數學運算. 29
2.2.1 矩陣的代數運算. 29
2.2.2 矩陣的邏輯運算. 32
2.2.3 矩陣的比較運算. 32
2.2.4 超越函數計算. 33
2.2.5 符號運算. 33
2.2.6 基本數論運算. 34
2.3 MATLAB 語言的流程結構. 36
2.3.1 循環結構. 36
2.3.2 條件轉移結構. 37
2.3.3 開關結構. 38
2.3.4 試探結構. 39
2.4 函數編寫與調試. 40
2.4.1 MATLAB 語言函數的基本結構. 41
2.4.2 可變輸入輸出個數的處理. 44
2.4.3 匿名函數與inline 函數. 44
2.4.4 偽代碼與代碼保密處理. 45
2.4.5 MATLAB 程序的實時編輯器. 45
2.5 二維圖形繪制. 47
2.5.1 二維圖形繪制基本語句. 47
2.5.2 其他二維圖形繪制語句. 50
2.5.3 隱函數繪制及應用. 52
2.5.4 圖形修飾. 53
2.5.5 數據文件與Excel 文件的讀寫. 54
2.6 三維圖形表示. 55
2.6.1 三維曲線繪制. 55
2.6.2 三維曲面繪制. 56
2.6.3 三維條帶圖. 58
2.6.4 三維圖形視角設置. 60
2.7 MATLAB 應用程序設計技術. 61
2.7.1 應用程序設計工具App Designer 61
2.7.2 句柄圖形學及句柄對象屬性. 63
2.7.3 界面設計舉例與技巧. 66
2.8 習題. 68
參考文獻. 72
第3 章科學運算問題的MATLAB 求解73
3.1 線性代數問題的MATLAB 求解. 74
3.1.1 矩陣的基本分析. 74
3.1.2 矩陣的分解. 77
3.1.3 矩陣指數eA 和指數函數eAt 78
3.1.4 矩陣的任意函數計算. 79
3.2 代數方程的MATLAB 求解. 79
3.2.1 線性方程求解問題及MATLAB 實現. 79
3.2.2 一般非線性方程的求解. 83
3.2.3 非線性矩陣方程的MATLAB 求解. 85
3.3 常微分方程問題的MATLAB 求解. 89
3.3.1 一階常微分方程組的數值解法. 89
.? 目 錄XIII
3.3.2 常微分方程的轉換. 91
3.3.3 微分方程數值解的驗證. 93
3.3.4 線性常微分方程的解析求解. 94
3.4 *優化問題的MATLAB 求解. 95
3.4.1 無約束*優化問題求解. 95
3.4.2 有約束*優化問題求解. 96
3.4.3 全局*優解的嘗試. 97
3.4.4 *優曲線擬合方法. 99
3.5 Laplace 變換與z 變換問題的MATLAB 求解. 101
3.5.1 Laplace 變換. 101
3.5.2 數值Laplace 變換. 102
3.5.3 z 變換. 103
3.6 習題. 105
參考文獻. 111
第4 章線性控制系統的數學模型113
4.1 線性連續系統模型及MATLAB 表示. 114
4.1.1 簡單電路的數學建模. 114
4.1.2 線性系統的傳遞函數模型. 115
4.1.3 線性系統的狀態方程模型. 117
4.1.4 帶有內部延遲的狀態方程模型. 119
4.1.5 線性系統的零極點模型. 120
4.1.6 多變量系統的傳遞函數矩陣模型. 121
4.2 線性離散時間系統的數學模型. 122
4.2.1 離散傳遞函數模型. 122
4.2.2 離散狀態方程模型. 123
4.3 系統模型的相互轉換. 124
4.3.1 連續模型和離散模型的相互轉換. 124
4.3.2 系統傳遞函數的獲取. 126
4.3.3 控制系統的狀態方程實現. 127
4.3.4 狀態方程的均衡實現. 129
4.3.5 狀態方程的*小實現. 129
4.3.6 傳遞函數與符號表達式的相互轉換. 131
4.4 方框圖描述系統的化簡. 131
4.4.1 控制系統的典型連接結構. 132
4.4.2 節點移動時的等效變換. 137
4.4.3 復雜系統模型的簡化. 138
4.4.4 方框圖化簡的代數方法. 139
4.4.5 連接矩陣的另一種生成方法. 142
4.5 線性系統的模型降階. 143
4.5.1 Padé 降階算法與Routh 降階算法. 143
4.5.2 時間延遲模型的Padé 近似. 147
4.5.3 帶有時間延遲系統的次*優降階算法. 148
4.5.4 狀態方程模型的降階算法. 152
4.6 線性系統的模型辨識. 155
4.6.1 離散系統的模型辨識. 155
4.6.2 系統辨識的圖形用戶界面. 158
4.6.3 辨識模型的階次選擇. 158
4.6.4 離散系統辨識信號的生成. 161
4.6.5 連續系統的辨識. 162
4.6.6 多變量離散系統的辨識. 163
4.7 習題. 164
參考文獻. 168
第5 章線性控制系統的計算機輔助分析171
5.1 線性系統性質分析. 172
5.1.1 線性系統穩定性的直接判定. 172
5.1.2 內部延遲系統的穩定性分析. 175
5.1.3 線性反饋系統的內部穩定性分析. 176
5.1.4 線性系統的線性相似變換. 177
5.1.5 線性系統的可控性分析. 178
5.1.6 線性系統的可觀測性分析. 181
5.1.7 Kalman 規范分解. 181
5.1.8 系統狀態方程標準型的MATLAB 求解. 182
5.1.9 系統的范數測度及求解. 185
5.2 線性系統時域響應解析解法. 186
5.2.1 直接積分解析解方法. 186
5.2.2 基于增廣矩陣的解析解方法. 187
5.2.3 基于Laplace 變換、z 變換的解析解方法. 189
5.2.4 階躍響應指標. 191
5.3 線性系統的數值仿真分析. 192
5.3.1 線性系統的階躍響應與脈沖響應. 192
5.3.2 任意輸入下系統的響應. 197
5.3.3 非零初始狀態下系統的時域響應. 199
5.3.4 非正則系統的時域響應. 200
5.3.5 面向對象的時域響應曲線繪制. 200
.? 目 錄XV
5.4 根軌跡分析. 201
5.4.1 一般系統的根軌跡分析. 201
5.4.2 正反饋系統的根軌跡. 204
5.4.3 延遲系統的根軌跡. 205
5.4.4 系統對參數的根軌跡. 207
5.5 線性系統頻域分析. 207
5.5.1 單變量系統的頻域分析. 208
5.5.2 帶有內部延遲模型的頻域響應分析. 212
5.5.3 利用頻率特性分析系統的穩定性. 213
5.5.4 系統的幅值裕度和相位裕度. 214
5.6 多變量系統的頻域分析. 215
5.6.1 多變量系統頻域分析概述. 215
5.6.2 多變量系統對角占優分析. 217
5.6.3 多變量系統的奇異值曲線繪制. 221
5.7 習題. 222
參考文獻. 226
第6 章非線性控制系統的建模與仿真227
6.1 Simulink 建模的基礎知識. 228
6.1.1 Simulink 簡介. 228
6.1.2 Simulink 下常用模塊簡介. 229
6.1.3 Simulink 下其他工具箱的模塊組. 234
6.2 Simulink 建模與仿真. 235
6.2.1 Simulink 建模方法簡介. 235
6.2.2 仿真算法與控制參數選擇. 239
6.2.3 Simulink 仿真舉例. 242
6.3 控制系統的Simulink 建模與仿真實例. 244
6.4 非線性系統分析與仿真. 252
6.4.1 分段線性的非線性環節. 252
6.4.2 非線性系統的極限環研究. 255
6.4.3 非線性系統的線性化. 256
6.4.4 非線性系統的穩定性分析. 260
6.5 子系統與模塊封裝技術. 261
6.5.1 子系統概念及構成方法. 261
6.5.2 模塊封裝方法. 262
6.5.3 模塊集構造. 266
6.6 S-函數編寫及其應用. 267
6.6.1 M-函數模塊的基本結構. 267
6.6.2 復雜系統的Simulink 建模演示. 268
6.6.3 S-函數的基本結構. 268
6.6.4 用MATLAB 編寫S-函數舉例. 270
6.6.5 S-函數的封裝. 273
6.7 多領域物理建模入門. 273
6.7.1 數學建模的局限性. 274
6.7.2 Simscape 簡介. 275
6.7.3 電氣系統的建模與仿真. 276
6.7.4 機械系統的建模與仿真. 277
6.8 習題. 280
參考文獻. 285
第7 章控制系統的經典設計方法287
7.1 超前滯后校正器設計方法. 288
7.1.1 串聯超前滯后校正器. 288
7.1.2 超前滯后校正器的設計方法. 289
7.2 基于狀態空間模型的控制器設計方法. 293
7.2.1 狀態反饋控制. 293
7.2.2 線性二次型指標*優調節器. 294
7.2.3 極點配置控制器設計. 296
7.2.4 觀測器設計及基于觀測器的調節器設計. 299
7.3 *優控制器設計. 303
7.3.1 *優控制的概念. 303
7.3.2 傳統*優控制可能存在的誤區. 303
7.3.3 基于數值*優化與Simulink 的*優控制器設計. 305
7.3.4 快速重啟與優化過程的實時顯示. 306
7.3.5 非線性系統的*優控制器設計. 307
7.3.6 性能指標的合理性. 308
7.3.7 終止仿真時間的選擇. 310
7.4 *優控制應用程序. 311
7.4.1 基于MATLAB/Simulink 的*優控制程序及其應用. 311
7.4.2 *優控制程序的其他應用. 313
7.4.3 開放的程序框架. 314
7.4.4 PID 型控制器*好的二階控制器結構. 315
7.5 多變量系統的頻域設計方法. 316
7.5.1 對角占優系統與偽對角化. 317
7.5.2 多變量系統的參數*優化設計. 321
7.5.3 基于OCD 的多變量系統*優設計. 327
.? 目 錄XVII
7.6 多變量系統的解耦控制. 328
7.6.1 狀態反饋解耦控制. 329
7.6.2 狀態反饋的極點配置解耦系統. 330
7.7 習題. 333
參考文獻. 337
第8 章PID 控制器的參數整定339
8.1 PID 控制器設計概述. 340
8.1.1 連續PID 控制器. 340
8.1.2 離散PID 控制器. 342
8.1.3 PID 控制器的變形. 343
8.2 過程受控對象的一階延遲模型近似. 344
8.2.1 由響應曲線識別一階模型. 344
8.2.2 基于頻域響應的近似方法. 346
8.2.3 基于傳遞函數的辨識方法. 347
8.2.4 *優降階方法. 347
8.3 FOPDT 模型的PID 控制器參數整定. 348
8.3.1 Ziegler–Nichols 經驗公式. 348
8.3.2 改進的Ziegler–Nichols 算法. 350
8.3.3 改進PID 控制結構與算法. 352
8.3.4 Chien–Hrones–Reswick 參數整定算法. 355
8.3.5 *優PID 整定經驗公式. 356
8.4 其他受控對象模型的控制器參數整定. 359
8.4.1 IPD 模型的PD 和PID 參數整定. 359
8.4.2 FOLIPD 模型的PD 和PID 參數整定. 359
8.4.3 不穩定FOPDT 模型的PID 參數整定. 361
8.4.4 交互式PID 類控制器整定程序界面. 361
8.5 OptimPID *優PID 控制器設計程序. 365
8.5.1 控制系統的底層仿真模型. 365
8.5.2 OptimPID 程序舉例. 366
8.5.3 開放框架與程序擴展. 369
8.6 習題. 369
參考文獻. 371
第9 章魯棒控制與魯棒控制器設計373
9.1 線性二次型Gauss 控制. 374
9.1.1 線性二次型Gauss 問題. 374
9.1.2 使用MATLAB 求解LQG 問題. 374
9.1.3 帶有回路傳輸恢復的LQG 控制. 378
9.2 魯棒控制問題的一般描述. 382
9.2.1 小增益定理. 382
9.2.2 魯棒控制器的結構. 383
9.2.3 回路成型的一般描述. 385
9.2.4 魯棒控制系統的MATLAB 描述. 386
9.3 基于范數的魯棒控制器設計. 389
9.3.1 H∞、H2 魯棒控制器設計方法. 389
9.3.2 其他魯棒控制器設計函數. 394
9.4 線性矩陣不等式理論與求解. 398
9.4.1 線性矩陣不等式的一般描述. 398
9.4.2 線性矩陣不等式問題的MATLAB 求解. 402
9.4.3 基于YALMIP 工具箱的*優化求解方法. 404
9.4.4 多線性模型的同時鎮定問題. 405
9.4.5 基于LMI 的魯棒*優控制器設計. 406
9.5 習題. 408
參考文獻. 409
第10 章自適應與智能控制系統設計411
10.1 自適應控制系統設計. 412
10.1.1 模型參考自適應系統的設計與仿真. 412
10.1.2 自校正控制器設計與仿真. 417
10.2 自抗擾控制器. 421
10.2.1 擴張狀態觀測器的建模. 422
10.2.2 自抗擾控制器的建模. 423
10.2.3 自抗擾控制系統的仿真. 424
10.3 模型預測控制系統. 426
10.3.1 動態矩陣控制. 427
10.3.2 基于MATLAB 的模型預測控制實現. 429
10.3.3 預測控制的Simulink 仿真. 434
10.3.4 廣義預測控制系統與仿真. 436
10.4 模糊控制及模糊控制器設計. 438
10.4.1 模糊邏輯與模糊推理. 439
10.4.2 模糊PD 控制器設計. 440
10.4.3 模糊PID 控制器設計. 444
10.5 神經網絡及神經網絡控制器設計. 447
10.5.1 神經網絡簡介. 448
10.5.2 基于單個神經元的PID 控制器設計. 449
.? 目 錄XIX
10.5.3 基于反向傳播神經網絡的PID 控制器. 451
10.5.4 基于徑向基函數的神經網絡PID 控制器. 453
10.6 迭代學習控制系統仿真. 455
10.6.1 迭代學習控制原理. 456
10.6.2 迭代學習控制算法. 458
10.7 全局*優控制器設計. 462
10.7.1 遺傳算法簡介. 462
10.7.2 基于遺傳算法的*優化問題求解. 463
10.7.3 粒子群算法與其他全局*優化方法. 465
10.7.4 基于全局優化算法的*優控制問題求解. 465
10.8 習題. 467
參考文獻. 471
第11 章分數階控制系統的分析與設計473
11.1 分數階微積分定義與性質. 475
11.1.1 分數階微積分的定義. 475
11.1.2 分數階微積分的性質. 476
11.1.3 Mittag-Leffler 函數與計算. 477
11.2 分數階微積分的數值計算. 478
11.2.1 用Grünwald–Letnikov 定義求解分數階微分. 479
11.2.2 Caputo 微積分定義的數值計算. 481
11.2.3 Oustaloup 濾波算法及其應用. 482
11.2.4 Caputo 導數的濾波器近似. 485
11.3 線性分數階微分方程的解析解方法. 485
11.3.1 一類分數階線性系統時域響應解析解方法. 486
11.3.2 一些重要的Laplace 變換公式. 486
11.3.3 成比例分數階線性微分方程的解析解法. 487
11.4 分數階微分方程的數值方法. 488
11.4.1 零初值分數階線性微分方程的解法. 488
11.4.2 非零初值Caputo 微分方程的數值求解. 490
11.4.3 非零初值非線性Caputo 微分方程的數值求解. 491
11.4.4 基于框圖的非線性分數階微分方程近似解法. 493
11.5 分數階傳遞函數建模與分析. 497
11.5.1 分數階傳遞函數的數學模型. 498
11.5.2 類的定義與輸入. 498
11.5.3 分數階狀態方程的處理. 501
11.5.4 系統建模的重載函數. 501
11.5.5 分數階系統分析. 502
11.6 分數階PID 控制器設計. 506
11.6.1 分數階PID 控制器的數學描述. 507
11.6.2 無延遲受控對象的控制器設計. 507
11.6.3 有延遲受控對象的控制器設計. 508
11.6.4 *優分數階PID 控制器的設計界面. 510
11.7 習題. 512
展開全部
控制系統計算機輔助設計——MATLAB語言與應用(第4版) 作者簡介
薛定宇： 分別在沈陽工業大學、東北大學和英國Sussex大學獲得學士（1985年）、碩士（1988年）和博士學位（1992年），1997年起任東北大學信息學院教授。深耕于計算機在數學與自動控制學科的應用，主持了國家精品課程建設，并于1996年在清華大學出版社出版《控制系統計算機輔助設計——MATLAB與應用》（該教材被評為國家精品教材，被認為是國內MATLAB應用領域具有深遠影響的一部圖書，為MATLAB在國內高校教學與科研中的普及起到了巨大的作用）。先后被評為遼寧省教學名師、遼寧省優秀教師，獲得國家教學成果二等獎、中國自動化學會教育教學成果一等獎、遼寧省教學成果一等獎等獎勵。主講的“控制系統仿真與CAD”課程被評為國家精品課程、國家精品資源共享課程；主講的“現代科學運算——MATLAB語言與應用”課程被評為首批國家一流本科課程，配套錄制的全新慕課課程均上線于愛課程與中國大學MOOC（慕課）網站。
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