基於MATLAB/Simulink的嵌入式穩健控制系統設計 Design of Embedded Robust Control Systems Using Matlab(r) / Simulink(r)

Petko H. Petkov,Tsonyo N. Slavov,Jordan K. Kralev 譯者 王占山//田羽鋒//鄭碧波

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商品描述

魯棒控制理論可以在系統改變時保持系統的穩定性和性能。
這種技術的應用對於可靠的嵌入式系統非常重要,並使無人機和其他具有複雜嵌入式控制器的自治系統變得相對普遍。
本書的目的是藉助MATLAB和Simulink,從理論和實踐兩方面介紹嵌入式穩健控制系統的設計和實現,
涵蓋適用於實際實施的方法,並結合控制系統設計和計算機工程方面的知識來描述整個設計過程。
書中在介紹完嵌入式控制系統、系統建模、性能要求和設計限制,以及控制器設計等必要的基礎知識後,
深入探討3個延伸案例研究:兩水箱作為被控對象的嵌入式控制、微型直升機的穩健控制和兩輪機器人的穩健控制。
雖然這些案例都來自運動控制領域,但本書也可用於其他領域。
閱讀這本書需要具備一定的線性控制理論知識,並且需要了解C程式設計。
但為了使初學者能夠閱讀本書,作者避免了複雜的數學證明和大量的電腦架構技術細節。
書中所示範例和案例研究中涉及的程式都可以從機工新閱讀網站免費下載,以幫助你理解嵌入式控制系統分析和設計中出現的不同問題。

目錄大綱

譯者序
前言
第1章嵌入式控制系統
1.1 引言
1.2 嵌入式控制系統的結構與組成
1.2.1 典型框圖
1.2.2 A/D與D/A轉換
1.2.3 感測器
1.2.4 執行器
1.2.5處理器
1.2.6 軟體
1.3 取樣與混疊
1.4 定點運算
1.4.1 定點數
1.4.2 縮放
1.4.3 範圍與精確度1.4.4
定點算術運算
1.5 浮點運算1.5.1 浮點數1.5.2 IEEE運算1.5 浮點運算
1.5.1 浮點數
1.5.2 IEEE運算
1.5 .3 浮點算術運算
1.6 量化效應
1.6.1 截斷與捨入
1.6.2 A/D轉換中的量化誤差
1.7 設計階段
1.7.1 控制器設計
1.7.2 閉迴路系統模擬
1.7.3 嵌入式程式碼產生
1.8硬體配置
1.8.1 微處理架構
1.8.2 硬體描述語言
1.8.3 模組級開發
1.8.4 系統級開發
1.9 軟體配置
1.9.1 板級支援包
1.9.2 應用程式介面
1.9.3 程式碼產生
1.9.4程式碼驗證
1.10 註解與參考文獻
第2章系統建模
2.1 被控物件建模
2.2 線性化
2.2.1 解析線性化
2.2.2 符號線性化
2.2.3 數值線性化
2.3 離散化
2.3.1 離散時間模型
2.3 .2 離散時間頻率響應
2.3.3 連續時間模型的離散化
2.3.4 時滯系統的離散化
2.3.5 採樣週期的選擇
2.3.6 非線性模型的離散化
2.4 隨機建模
2.4.1 隨機線性系統
2.4.2 隨機模型的離散化
2.4.3 最優估計
2.5 被控對象辨識
2.5.1 黑箱模型辨識
2.5.2 灰箱模型辨識
2.6 不確定性建模
2.6.1 結構化不確定性模型
2.6.2 LFT表示的不確定性模型
2.6.3 從Simulink模型導出不確定性狀態空間模型
2.6.4 非結構化不確定性模型
2.6.5 混合不確定性模型
2.6.6 不確定性模型的離散化
2.6. 7 透過辨識得出不確定性模型
2.7 感測器建模
2.7.1 Allan變異數
2.7.2 隨機陀螺模型
2.7.3 隨機加速計模型
2.7.4 感測器資料濾波
2.8 註釋與參考文獻
第3章效能要求與設計限制
3.1 SISO閉環系統
3.2 SISO系統性能指標
3.2.1 時域指標
3.2.2 頻域指標
3.3 SISO系統設計中的折中
3.3.1 對S和T的限制
3.3.2 右半平面極點和零點
3.3.3時滯造成的限制
3.3.4 測量雜訊所造成的限制
3.3.5 幹擾所造成的限制
3.3.6 控製作用所造成的限制
3.3.7 模型誤差所造成的限制
3.4 MIMO閉環系統
3.5 MIMO系統的效能指標
3.5.1 使用奇異值進行性能分析
3.5.2 系統的H∞範數
3.5.3 Hankel範數
3.6 MIMO系統設計中的折中
3.6.1 幹擾抑制
3.6.2 噪音抑制
3.6.3 模型誤差
3.7 不確定性系統
3.8 魯棒穩定性分析
3.8.1 非結構化不確定性
3.8.2 結構化奇異值
3.8.3 使用μ進行穩健穩定性分析
3.9 穩健性能分析
3.9.1 使用μ進行穩健性能分析
3.9.2 最壞情況下的增益
3.9.3 最壞情況下的裕度
3.10 穩健性分析中的數值問題
3.11 註解與參考文獻
第4章控制器設計
4.1 PID控制器
4.2 帶積分作用的LQG控制器
4.2.1 離散時間LQG控制器
4.2.2 有色測量雜訊
4.2. 3 帶偏壓補償的LQG控制器
4.3 帶H∞濾波器的LQ調節器
4.3.1 離散時間H∞濾波器
4.3.2 帶偏壓補償的H∞濾波器
4.4 H∞設計
4.4.1 H∞設計問題
4.4.2 混合靈敏度H∞控制
4.4.3 二自由度控制器
4.4.4 H∞設計的數值問題
4.5 μ綜合
4.5.1 μ綜合問題
4.5.2 用μ的上界取代μ
4.5.3 DK迭代
4.5.4 μ綜合中的數值問題
4.6 控制器比較
4.7 HIL模擬
4.8 註釋與參考文獻
第5章案例研究1:水箱物理模型的嵌入式控制
5.1 嵌入式控制系統的硬體配置
5.1.1 水箱
5.1. 2 ArduinoMega2560
5.1.3 分壓器
5.1.4 繼電器塊
5.2 被控對象辨識
5.3 LQR和LQG控制器設計
5.4 H∞控制器設計
5.5 實驗評估
5.6 註釋與參考文獻
第6章案例研究2:微型直升機的魯棒控制
6.1 直升機模型
6.1.1 非線性直升機模型
6.1.2 線性化模型
6.1.3 不確定性模型6.2
姿態控制器的μ綜合
6.2.1 性能要求
6.2.2 控制器設計
6.2.3 頻率響應
6.2. 4 線性系統的暫態響應
6.2.5 位置控制器設計
6.3 HIL模擬結果
6.3.1 非線性系統模擬
6.3.2 HIL模擬設定
6.3.3 HIL模擬結果
6.4 註釋與參考文獻
第7章案例研究3:兩輪機器人的穩健控制
7.1 機器人描述
7.2 機器人模型的閉環辨識
7.2.1 從u到φ的動態模型
7.2.2 從φ到θ的動態模型
7.2.3 偏航運動的動態模型
7.3 不確定性模