MATLAB/Simulink控制系統模擬
嚴剛峰
- 出版商: 清華大學
- 出版日期: 2025-04-01
- 定價: $774
- 售價: 8.5 折 $658
- 語言: 簡體中文
- ISBN: 730268328X
- ISBN-13: 9787302683285
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相關分類:
Matlab、控制系統 Control-systems
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商品描述
"《MATLAB/Simulink控制系統模擬》介紹了 MATLAB/Simulink 的主要功能及其在控制理論中的應用。全書共分17章，第1~4章介紹了 MATLAB的程序設計、常用功能及其相關函數，Simulink 的操作方法，控制系統的基本概念與控制系統模擬的基本原理，重點敘述了模擬中常用的 M 函數和S函數在 Simulink 軟件中模擬的實現方法;第5章介紹了控制系統中常用模型的建立、轉換與模擬實現;第6~12章介紹了MATLAB/Simulink 在自動控制原理、離散控制理論、非線性系統初步分析、現代控制理論課程中的應用;第 13~17章介紹了狀態反饋控制器、狀態觀測器、卡爾曼濾波器、**控制器、智能控制算法在控制理論中的應用，以及常見先進控制器的基本概念、常用設計方法。《MATLAB/Simulink控制系統模擬》內容條理清晰，詳略得當，通過大量的實例突出實踐性，通過理論聯系實際突出實用性。 《MATLAB/Simulink控制系統模擬》可以作為自動化類、電子信息類專業控制系統模擬課程的教材，還可以作為自動控制理論，離散控制理論現代控制理論，先進控制理論課程的輔助教材，書中的綜合實例可供相關課程設計、畢業設計參考之用，對於自動化行業的工程技術人員也具有一定的參考價值。"
目錄大綱
配套資源
第 1 章 MATLAB基礎........................................................................................................................................................1
1.1 MATLAB 概述...............................................................................................................................................................................1
1.1.1 MATLAB 發展歷程...........................................................................................................................................................1
1.1.2 MATLAB 系統構成...........................................................................................................................................................3
1.1.3 MATLAB 常用工具箱.......................................................................................................................................................3
1.2 MATLAB 桌面操作環境 ..............................................................................................................................................................4
1.2.1 MATLAB 啟動和退出.......................................................................................................................................................4
1.2.2 MATLAB 主菜單及功能...................................................................................................................................................5
1.2.3 MATLAB 命令窗口...........................................................................................................................................................7
1.2.4 MATLAB 工作空間...........................................................................................................................................................8
1.2.5 MATLAB 文件管理...........................................................................................................................................................8
1.2.6 MATLAB 幫助使用...........................................................................................................................................................9
1.3 數據結構及其運算.......................................................................................................................................................................9
1.3.1 數據類型............................................................................................................................................................................9
1.3.2 數組..................................................................................................................................................................................10
1.3.3 數組操作..........................................................................................................................................................................15
1.3.4 數組運算與矩陣運算 .....................................................................................................................................................21
1.3.5 多項式..............................................................................................................................................................................23
1.3.6 關系運算、邏輯運算和運算符.....................................................................................................................................31
1.3.7 字符串數組 .....................................................................................................................................................................33
1.3.8 結構體數組 .....................................................................................................................................................................35
1.3.9 細胞數組..........................................................................................................................................................................38
1.4 數據的可視化.............................................................................................................................................................................43
1.4.1 數據可視化基礎 .............................................................................................................................................................43
1.4.2 二維圖形..........................................................................................................................................................................47
1.4.3 三維圖形..........................................................................................................................................................................58
1.4.4 動態圖的繪制 .................................................................................................................................................................69
1.5 M 文件和程序設計.....................................................................................................................................................................70
1.5.1 程序控制語句及其編程 .................................................................................................................................................71
1.5.2 命令文件和函數文件 .....................................................................................................................................................78
1.5.3 字符串的求值 .................................................................................................................................................................83
1.5.4 程序性能優化 .................................................................................................................................................................84
1.5.5 面向對象的編程方法 .....................................................................................................................................................85
VI MATLAB/Simulink 控制系統模擬
1.6 數值計算 .....................................................................................................................................................................................89
1.6.1 矩陣運算..........................................................................................................................................................................89
1.6.2 函數的數值解 .................................................................................................................................................................93
1.6.3 數據擬合..........................................................................................................................................................................95
1.6.4 插值和樣條 .....................................................................................................................................................................97
1.6.5 常微分方程的數值解 .....................................................................................................................................................98
1.7 符號計算 ...................................................................................................................................................................................100
1.7.1 符號對象及其表達方式 ...............................................................................................................................................101
1.7.2 符號算術運算 ...............................................................................................................................................................103
1.7.3 獨立變量與表達式化簡 ...............................................................................................................................................104
1.7.4 符號微積分運算 ...........................................................................................................................................................108
1.7.5 符號積分變換 ...............................................................................................................................................................110
1.7.6 方程的解析解 ...............................................................................................................................................................112
習題 ....................................................................................................................................................................................................115
第 2 章 控制系統基本概念與模擬概述 ....................................................................................................................... 117
2.1 控制系統的基本概念...............................................................................................................................................................117
2.1.1 開環控制系統與閉環控制系統...................................................................................................................................117
2.1.2 閉環控制系統組成結構 ...............................................................................................................................................119
2.1.3 反饋控制系統性能指標 ...............................................................................................................................................120
2.2 自動控制系統分類...................................................................................................................................................................121
2.2.1 線性系統和非線性系統 ...............................................................................................................................................121
2.2.2 離散系統和連續系統 ...................................................................................................................................................122
2.2.3 恆值系統、隨動系統和程序控制系統.......................................................................................................................122
2.3 控制系統模擬基本概念...........................................................................................................................................................122
2.3.1 電腦模擬基本概念 ...................................................................................................................................................122
2.3.2 控制系統模擬 ...............................................................................................................................................................123
2.3.3 控制系統電腦模擬基本過程...................................................................................................................................123
2.3.4 電腦模擬技術發展趨勢 ...........................................................................................................................................126
2.4 MATLAB 中控制相關的工具箱 ..............................................................................................................................................127
習題 ....................................................................................................................................................................................................127
第 3 章 Simulink基礎.................................................................................................................................................... 128
3.1 Simulink 簡介............................................................................................................................................................................128
3.1.1 Simulink 的特點 ............................................................................................................................................................128
3.1.2 Simulink 的工作環境 ....................................................................................................................................................128
3.1.3 Simulink 模擬基本步驟 ................................................................................................................................................130
3.2 模型的創建...............................................................................................................................................................................130
3.2.1 模型概念和文件操作 ...................................................................................................................................................130
3.2.2 模塊操作........................................................................................................................................................................131
3.2.3 信號線操作 ...................................................................................................................................................................133
目 錄 VII
3.2.4 對模型的註釋 ...............................................................................................................................................................134
3.2.5 常用的信源 ...................................................................................................................................................................134
3.2.6 常用的信宿 ...................................................................................................................................................................134
3.2.7 模擬的配置 ...................................................................................................................................................................135
3.2.8 啟動模擬........................................................................................................................................................................136
3.3 子系統與封裝...........................................................................................................................................................................137
3.4 Simulink 模擬示例....................................................................................................................................................................139
習題 ....................................................................................................................................................................................................142
第 4 章 M函數與 S 函數的 Simulink 模擬設計......................................................................................................... 143
4.1 M 函數的概念與模擬示例.......................................................................................................................................................143
4.2 S 函數的概念與模擬示例........................................................................................................................................................147
4.2.1 S 函數的概念與模板函數使用....................................................................................................................................148
4.2.2 S 函數的模擬示例 ........................................................................................................................................................152
習題 ....................................................................................................................................................................................................153
第 5 章 控制系統的數學建模與模擬 ........................................................................................................................... 154
5.1 時域建模方法及示例...............................................................................................................................................................155
5.2 頻域建模方法及示例...............................................................................................................................................................163
5.3 常用模型的表示、轉換及示例...............................................................................................................................................181
5.4 神經網絡建模及示例...............................................................................................................................................................184
5.5 參數辨識的最小二乘法及示例...............................................................................................................................................193
5.6 閉環系統的參數辨識...............................................................................................................................................................197
習題 ....................................................................................................................................................................................................201
第 6 章 控制系統的時域分析與模擬 ........................................................................................................................... 202
6.1 時域分析方法...........................................................................................................................................................................202
6.2 時域分析模擬示例...................................................................................................................................................................206
6.3 基於狀態空間模型的時域分析與模擬 ..................................................................................................................................213
習題 ....................................................................................................................................................................................................225
第 7 章 控制系統的根軌跡分析與模擬 ....................................................................................................................... 226
7.1 根軌跡分析方法.......................................................................................................................................................................226
7.2 根軌跡分析模擬示例...............................................................................................................................................................229
習題 ....................................................................................................................................................................................................240
第 8 章 控制系統的頻域分析與模擬 ........................................................................................................................... 242
8.1 頻域分析方法...........................................................................................................................................................................242
8.2 頻域分析模擬示例...................................................................................................................................................................247
習題 ....................................................................................................................................................................................................258
第 9 章 控制系統的穩定性分析與模擬 ....................................................................................................................... 259
9.1 穩定性分析方法.......................................................................................................................................................................259
9.2 穩定性分析模擬示例...............................................................................................................................................................263
習題 ....................................................................................................................................................................................................271
VIII MATLAB/Simulink 控制系統模擬
第 10 章 離散控制系統的設計與模擬 ......................................................................................................................... 272
10.1 離散控制系統的設計.............................................................................................................................................................273
10.1.1 基於等效連續系統的數字控制器設計.....................................................................................................................273
10.1.2 基於等效離散系統的數字控制器 z 域直接設計.....................................................................................................276
10.1.3 數字 PID 控制器 .........................................................................................................................................................277
10.1.4 分數階 PIλDμ 控制器...................................................................................................................................................278
10.1.5 數字濾波器設計 .........................................................................................................................................................279
10.2 離散控制系統的模擬示例.....................................................................................................................................................281
習題 ....................................................................................................................................................................................................315
第 11 章 非線性系統的初步分析與模擬 ..................................................................................................................... 317
11.1 典型的非線性特性.................................................................................................................................................................317
11.2 描述函數法.............................................................................................................................................................................320
11.3 相平面法 .................................................................................................................................................................................321
11.4 非線性系統的模擬示例.........................................................................................................................................................323
習題 ....................................................................................................................................................................................................328
第 12 章 線性系統的能控性和能觀性分析與模擬..................................................................................................... 329
12.1 系統的能控性概念與模擬.....................................................................................................................................................329
12.2 系統的能觀性概念與模擬.....................................................................................................................................................332
12.3 系統的能控性、能觀性標準結構分解與模擬 ....................................................................................................................335
習題 ....................................................................................................................................................................................................341
第 13 章 狀態反饋控制器設計與模擬 ......................................................................................................................... 342
13.1 狀態反饋控制器設計方法.....................................................................................................................................................342
13.2 狀態反饋控制器的模擬示例.................................................................................................................................................346
13.3 線性矩陣不等式的應用模擬示例 ........................................................................................................................................350
習題 ....................................................................................................................................................................................................352
第 14 章 狀態觀測器設計與模擬 ................................................................................................................................. 353
14.1 狀態觀測器設計方法.............................................................................................................................................................353
14.2 狀態觀測器的模擬示例.........................................................................................................................................................356
14.3 微分器的作用與模擬.............................................................................................................................................................359
14.4 維納濾波的原理與模擬.........................................................................................................................................................361
14.5 卡爾曼濾波的原理與模擬.....................................................................................................................................................364
習題 ....................................................................................................................................................................................................373
第 15 章 最優控制器設計與模擬 ................................................................................................................................. 374
15.1 最優控制器設計方法.............................................................................................................................................................374
15.2 最優控制器的模擬示例.........................................................................................................................................................377
習題 ....................................................................................................................................................................................................384
第 16 章 控制理論中的智能優化算法與模擬............................................................................................................. 385
16.1 常見的智能優化算法.............................................................................................................................................................385
16.2 智能優化算法在 PID 控制器參數尋優中的應用模擬........................................................................................................388
目 錄 IX
習題 ....................................................................................................................................................................................................401
第 17 章 先進控制器設計與模擬 ................................................................................................................................. 402
17.1 模糊控制器設計及模擬示例.................................................................................................................................................402
17.2 自適應控制器設計及模擬示例.............................................................................................................................................414
17.3 滑模變結構控制器設計及模擬示例 ....................................................................................................................................419
17.4 迭代學習控制器設計及模擬示例 ........................................................................................................................................424
17.5 反步控制器設計及模擬示例.................................................................................................................................................429
17.6 內模控制器設計及模擬示例.................................................................................................................................................432
17.7 自抗擾控制器設計及模擬示例.............................................................................................................................................435
17.8 魯棒控制器設計及模擬示例.................................................................................................................................................442
17.9 預測控制器設計及模擬示例.................................................................................................................................................445
17.10 神經網絡控制器設計及模擬示例 ......................................................................................................................................450
習題 ....................................................................................................................................................................................................456
參考文獻 ............................................................................................................................................................................ 457
