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控制系統仿真與計算機輔助設計 版權信息
- ISBN：9787111156369
- 條形碼：9787111156369 ; 978-7-111-15636-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
控制系統仿真與計算機輔助設計 本書特色
本書以國際控制界*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應用；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；基于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*控制器設計；控制工程建模仿真應用技巧及 半實物仿真等內容。
本書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。
控制系統仿真與計算機輔助設計 內容簡介
本書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應用 ; 各類線形系統模型的表示方法與模型轉換、系統辯識問題的求解方法等。
控制系統仿真與計算機輔助設計 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 控制理論和控制系統概述
1.1.1 自動控制理論的歷史回顧
1.1.2 控制系統分類
1.2 系統仿真與仿真語言工具概述
1.2.1 系統仿真與控制系統仿真
1.2.2 常規計算機語言的局限性
1.2.3 數學軟件的發展
1.2.4 控制系統仿真與計算機輔助設計軟件
1.3 本書主要結構及相關內容
1.3.1 本書結構概述
1.3.2 MATLAB語言的相關資源
1.3.3 書中的MATLAB代碼
1.4 本章要點小結
1.5 習題
第2章 MATLAB語言------**的基礎知識
2.1 MATLAB的數據結構與語句結構
2.1.1 MATLAB語言的變量與常量
2.1.2 MATLAB的數據結構
2.1.3 MATLAB的基本語句結構
2.1.4 數據存儲與讀取
2.1.5 MATLAB語言的基本運算
2.2 MATLAB基本控制流程結構
2.2.1 循環結構
2.2.2 轉移結構
2.2.3 開關結構
2.2.4 試探結構
2.3 MATLAB的M-函數設計
2.3.1 MATLAB 語言的函數的基本結構
2.3.2 可變輸入輸出個數的處理
2.4 MATLAB 的圖形可視化
2.4.1 二維圖形的繪制
1. 二維圖形繪制基本語句
2. 其他二維圖形繪制語句
3. 隱函數繪制及應用
2.4.2 三維圖形的繪制
1. 三維曲線繪制
2. 三維曲面繪制
3. 三維圖形視角設置
2.4.3 圖形修飾
2.5 MATLAB的圖形用戶界面設計入門
2.5.1 圖形界面設計工具
2.5.2 菜單設計系統
2.5.3 界面設計舉例與技巧
2.6 MATLAB語言與數學問題計算機求解
2.6.1 線性代數問題的MATLAB求解
1. 矩陣的參數化分析
2. 矩陣的分解
3. 方程求解問題及MATLAB實現
4. 矩陣問題的解析解
2.6.2 常微分方程問題的MATLAB求解
1. 一階常微分方程組的數值解法
2. 常微分方程的轉換
3. 線性常微分方程的解析求解
2.6.3 *優化問題的MATLAB求解
1. 無約束*優化問題求解
2. 有約束*優化問題求解
3. *優曲線擬合方法
2.7 本章要點小結
2.8 習題
第3章 控制系統模型與轉換
3.1 連續線性系統的數學模型
3.1.1 線性系統的傳遞函數模型
3.1.2 線性系統的狀態方程模型
3.1.3 線性系統的零極點模型
3.1.4 多變量系統的傳遞函數矩陣模型
3.2 離散系統模型
3.2.1 離散傳遞函數模型
3.2.2 離散狀態方程模型
3.3 框圖描述系統的化簡
3.3.1 控制系統的典型連接結構
3.3.2 純時間延遲環節的處理
3.3.3 節點移動時的等效變換
3.3.4 復雜系統模型的簡化
3.3.5 基于連接矩陣的結構圖化簡方法
3.4 系統模型的相互轉換
3.4.1 連續模型和離散模型的相互轉換
3.4.2 系統傳遞函數的獲取
3.4.3 控制系統的狀態方程實現
3.4.4 狀態方程的*小實現
3.5 線性系統的模型降階
3.5.1 Pad\'e降階算法與Routh降階算法
3.5.2 時間延遲模型的Pad\'e近似
3.5.3 帶有時間延遲系統的次*優降階算法
3.6 線性系統的模型辨識
3.6.1 連續系統的模型辨識
3.6.2 離散系統的模型辨識
3.6.3 辨識模型的階次選擇
3.6.4 離散系統辨識信號的生成
3.6.5 多變量離散系統的辨識
3.7 本章要點小結
3.8 習題
第4章 線性控制系統的計算機輔助分析
4.1 線性系統定性分析
4.1.1 線性系統穩定性分析
4.1.2 線性系統的線性相似變換
4.1.3 線性系統的可控性分析
1. 線性系統的可控性判定
2. Luenberger標準型
3. 可控性階梯分解
4.1.4 線性系統的可觀測性分析
4.1.5 Kalman規范分解
4.2 線性系統時域響應解析解法
4.2.1 基于狀態方程的解析解方法
4.2.2 連續狀態方程的直接積分求解方法
4.2.3 基于部分分式展開方法求解
4.2.4 二階系統的階躍響應及階躍響應指標
4.3 線性系統的數字仿真分析
4.3.1 線性系統的時域響應
4.3.2 任意輸入下系統的響應
4.4 根軌跡分析
4.5 線性系統頻域分析
4.5.1 單變量系統的頻域分析
4.5.2 利用頻率特性分析系統的穩定性
4.5.3 多變量系統的頻域分析
1. 多變量系統頻域分析概述
2. 對角優勢分析
4.5.4頻域分析的復域空間擴展
4.6 本章要點小結
4.7 習題
第5章 在系統仿真中的應用
5.1 建模的基礎知識
5.1.1 簡介
5.1.2 下常用模塊簡介
1. 輸入模塊組
2. 輸出池模塊組
3. 連續系統模塊組
4. 離散系統模塊組
5. 非線性模塊組
6. 數學函數模塊組
7. 查表模組塊
8. 用戶自定義函數模塊組
9. 信號模塊組
10. 信號屬性模塊組()
5.1.3 下其他工具箱的模塊組
5.2 建模與仿真
5.2.1 建模方法簡介
5.2.2 仿真算法與控制參數選擇
5.2.3 在控制系統仿真研究中的應用舉例
5.3 非線性系統分析與仿真
5.3.1 分段線性的非線性環節
5.3.2 非線性系統的極限環研究
5.3.3 非線性環節的描述函數數值求取方法
5.3.4 非線性系統的線性化
5.4 子系統與模塊封裝技術
5.4.1 子系統概念及構成方法
5.4.2 模塊封裝方法
5.4.3 模塊集構造
5.5 S-函數及其應用
5.5.1 S-函數的基本結構
5.5.2 用MATLAB編寫S-函數舉例
5.5.3 S-函數的封裝
5.6 輸出顯示形式
5.7 本章要點小結
5.8 習題
第6章 控制系統計算機輔助設計
6.1 基于傳遞函數的控制器設計方法
6.1.1 串聯超前滯后校正器
1. 超前校正器
2. 滯后校正器
3. 超前滯后校正器
6.1.2 基于相位裕量的設計方法
6.1.3 控制系統工具箱中的設計界面
6.2 狀態反饋控制
6.3 基于狀態反饋的控制器設計方法
6.3.1 線性二次型指標*優調節器
6.3.2 極點配置控制器設計
1. Ackermann算法
2. Bass-Gura算法
6.3.3 觀測器設計及基于觀測器的調節器設計
6.4 多變量系統的解耦控制
6.4.1 狀態反饋解耦控制
6.4.2 狀態反饋的極點配置解耦系統
6.5 本章要點小結
6.6 習題
第7章 PID控制器與*優控制器設計
7.1 PID控制器及其建模
7.1.1 PID控制器概述
7.1.2 離散PID控制器
7.1.3 PID控制器的變形
7.2 過程系統的一階延遲模型近似
7.2.1 由響應曲線識別一階模型
7.2.2 基于頻域響應的近似方法
7.2.3 基于傳遞函數的辨識方法
7.2.4 *優降階方法
7.3 Ziegler-Nichols參數整定方法
7.3.1 Ziegler-Nichols經驗公式
7.3.2 改進的Ziegler-Nichols算法
7.3.3 改進PID控制結構與算法
7.3.4 *優PID整定算法
7.3.5 大時間延遲的Smith預估器補償
7.4 PID工具箱應用舉例
7.4.1 基于FOLPD的PID控制器設計程序
7.4.2 下的PID控制器模塊集
7.5 *優控制器設計
7.5.1 *優控制的概念
7.5.2 *優控制目標函數的選擇
7.5.3 控制器參數尋優
7.5.4 基于MATLAB/的*優控制程序及其應用
7.5.5 *優控制程序的其他應用
7.6 *優PID控制器設計程序
7.7 本章要點小結
7.8 習題
第8章 控制工程中的仿真技術應用
8.1 電路和電子系統的建模與仿真
8.1.1 復雜系統的建模概述
8.1.2 SimPowerSystems簡介
8.1.3 電路系統的建模與仿真
8.1.4 電子電路的建模與仿真
8.2 直流電機雙閉環拖動系統的建模與仿真
8.2.1 晶閘管整流系統仿真模型
8.2.2 電機模型庫及直流電機建模
8.3 半實物仿真系統及其應用
8.3.1 半實物仿真概述
8.3.2 dSPACE簡介
8.3.3 dSPACE模塊組
8.3.4 半實物仿真舉例
8.4 本章要點小結
8.5 習題
附錄
附錄A 積分變換問題及MATLAB直接求解
A.1 Laplace變換及其反變換
A.2 Z變換及其反變換
A.3 Laplace變換和Z變換的計算機求解
A.4 本附錄要點小結
A.5 習題
附錄B 反饋系統分析與設計程序CtrlLAB簡介
B.1 CtrlLAB的安裝與運行
B.2 控制系統模型的輸入與處理
B.3 反饋控制系統的分析
B.4 反饋控制系統計算機輔助設計
B.5 本附錄要點小結
B.6 習題
參考文獻
前言
第1章 控制系統仿真與計算機輔助設計概述
1.1 控制理論和控制系統概述
1.1.1 自動控制理論的歷史回顧
1.1.2 控制系統分類
1.2 系統仿真與仿真語言工具概述
1.2.1 系統仿真與控制系統仿真
1.2.2 常規計算機語言的局限性
1.2.3 數學軟件的發展
1.2.4 控制系統仿真與計算機輔助設計軟件
1.3 本書主要結構及相關內容
1.3.1 本書結構概述
1.3.2 MATLAB語言的相關資源
1.3.3 書中的MATLAB代碼
1.4 本章要點小結
1.5 習題
第2章 MATLAB語言------**的基礎知識
2.1 MATLAB的數據結構與語句結構
2.1.1 MATLAB語言的變量與常量
2.1.2 MATLAB的數據結構
2.1.3 MATLAB的基本語句結構
2.1.4 數據存儲與讀取
2.1.5 MATLAB語言的基本運算
2.2 MATLAB基本控制流程結構
2.2.1 循環結構
2.2.2 轉移結構
2.2.3 開關結構
2.2.4 試探結構
2.3 MATLAB的M-函數設計
2.3.1 MATLAB 語言的函數的基本結構
2.3.2 可變輸入輸出個數的處理
2.4 MATLAB 的圖形可視化
2.4.1 二維圖形的繪制
1. 二維圖形繪制基本語句
2. 其他二維圖形繪制語句
3. 隱函數繪制及應用
2.4.2 三維圖形的繪制
1. 三維曲線繪制
2. 三維曲面繪制
3. 三維圖形視角設置
2.4.3 圖形修飾
2.5 MATLAB的圖形用戶界面設計入門
2.5.1 圖形界面設計工具
2.5.2 菜單設計系統
2.5.3 界面設計舉例與技巧
2.6 MATLAB語言與數學問題計算機求解
2.6.1 線性代數問題的MATLAB求解
1. 矩陣的參數化分析
2. 矩陣的分解
3. 方程求解問題及MATLAB實現
4. 矩陣問題的解析解
2.6.2 常微分方程問題的MATLAB求解
1. 一階常微分方程組的數值解法
2. 常微分方程的轉換
3. 線性常微分方程的解析求解
2.6.3 *優化問題的MATLAB求解
1. 無約束*優化問題求解
2. 有約束*優化問題求解
3. *優曲線擬合方法
2.7 本章要點小結
2.8 習題
第3章 控制系統模型與轉換
3.1 連續線性系統的數學模型
3.1.1 線性系統的傳遞函數模型
3.1.2 線性系統的狀態方程模型
3.1.3 線性系統的零極點模型
3.1.4 多變量系統的傳遞函數矩陣模型
3.2 離散系統模型
3.2.1 離散傳遞函數模型
3.2.2 離散狀態方程模型
3.3 框圖描述系統的化簡
3.3.1 控制系統的典型連接結構
3.3.2 純時間延遲環節的處理
3.3.3 節點移動時的等效變換
3.3.4 復雜系統模型的簡化
3.3.5 基于連接矩陣的結構圖化簡方法
3.4 系統模型的相互轉換
3.4.1 連續模型和離散模型的相互轉換
3.4.2 系統傳遞函數的獲取
3.4.3 控制系統的狀態方程實現
3.4.4 狀態方程的*小實現
3.5 線性系統的模型降階
3.5.1 Pad\'e降階算法與Routh降階算法
3.5.2 時間延遲模型的Pad\'e近似
3.5.3 帶有時間延遲系統的次*優降階算法
3.6 線性系統的模型辨識
3.6.1 連續系統的模型辨識
3.6.2 離散系統的模型辨識
3.6.3 辨識模型的階次選擇
3.6.4 離散系統辨識信號的生成
3.6.5 多變量離散系統的辨識
3.7 本章要點小結
3.8 習題
第4章 線性控制系統的計算機輔助分析
4.1 線性系統定性分析
4.1.1 線性系統穩定性分析
4.1.2 線性系統的線性相似變換
4.1.3 線性系統的可控性分析
1. 線性系統的可控性判定
2. Luenberger標準型
3. 可控性階梯分解
4.1.4 線性系統的可觀測性分析
4.1.5 Kalman規范分解
4.2 線性系統時域響應解析解法
4.2.1 基于狀態方程的解析解方法
4.2.2 連續狀態方程的直接積分求解方法
4.2.3 基于部分分式展開方法求解
4.2.4 二階系統的階躍響應及階躍響應指標
4.3 線性系統的數字仿真分析
4.3.1 線性系統的時域響應
4.3.2 任意輸入下系統的響應
4.4 根軌跡分析
4.5 線性系統頻域分析
4.5.1 單變量系統的頻域分析
4.5.2 利用頻率特性分析系統的穩定性
4.5.3 多變量系統的頻域分析
1. 多變量系統頻域分析概述
2. 對角優勢分析
4.5.4頻域分析的復域空間擴展
4.6 本章要點小結
4.7 習題
第5章 在系統仿真中的應用
5.1 建模的基礎知識
5.1.1 簡介
5.1.2 下常用模塊簡介
1. 輸入模塊組
2. 輸出池模塊組
3. 連續系統模塊組
4. 離散系統模塊組
5. 非線性模塊組
6. 數學函數模塊組
7. 查表模組塊
8. 用戶自定義函數模塊組
9. 信號模塊組
10. 信號屬性模塊組()
5.1.3 下其他工具箱的模塊組
5.2 建模與仿真
5.2.1 建模方法簡介
5.2.2 仿真算法與控制參數選擇
5.2.3 在控制系統仿真研究中的應用舉例
5.3 非線性系統分析與仿真
5.3.1 分段線性的非線性環節
5.3.2 非線性系統的極限環研究
5.3.3 非線性環節的描述函數數值求取方法
5.3.4 非線性系統的線性化
5.4 子系統與模塊封裝技術
5.4.1 子系統概念及構成方法
5.4.2 模塊封裝方法
5.4.3 模塊集構造
5.5 S-函數及其應用
5.5.1 S-函數的基本結構
5.5.2 用MATLAB編寫S-函數舉例
5.5.3 S-函數的封裝
5.6 輸出顯示形式
5.7 本章要點小結
5.8 習題
第6章 控制系統計算機輔助設計
6.1 基于傳遞函數的控制器設計方法
6.1.1 串聯超前滯后校正器
1. 超前校正器
2. 滯后校正器
3. 超前滯后校正器
6.1.2 基于相位裕量的設計方法
6.1.3 控制系統工具箱中的設計界面
6.2 狀態反饋控制
6.3 基于狀態反饋的控制器設計方法
6.3.1 線性二次型指標*優調節器
6.3.2 極點配置控制器設計
1. Ackermann算法
2. Bass-Gura算法
6.3.3 觀測器設計及基于觀測器的調節器設計
6.4 多變量系統的解耦控制
6.4.1 狀態反饋解耦控制
6.4.2 狀態反饋的極點配置解耦系統
6.5 本章要點小結
6.6 習題
第7章 PID控制器與*優控制器設計
7.1 PID控制器及其建模
7.1.1 PID控制器概述
7.1.2 離散PID控制器
7.1.3 PID控制器的變形
7.2 過程系統的一階延遲模型近似
7.2.1 由響應曲線識別一階模型
7.2.2 基于頻域響應的近似方法
7.2.3 基于傳遞函數的辨識方法
7.2.4 *優降階方法
7.3 Ziegler-Nichols參數整定方法
7.3.1 Ziegler-Nichols經驗公式
7.3.2 改進的Ziegler-Nichols算法
7.3.3 改進PID控制結構與算法
7.3.4 *優PID整定算法
7.3.5 大時間延遲的Smith預估器補償
7.4 PID工具箱應用舉例
7.4.1 基于FOLPD的PID控制器設計程序
7.4.2 下的PID控制器模塊集
7.5 *優控制器設計
7.5.1 *優控制的概念
7.5.2 *優控制目標函數的選擇
7.5.3 控制器參數尋優
7.5.4 基于MATLAB/的*優控制程序及其應用
7.5.5 *優控制程序的其他應用
7.6 *優PID控制器設計程序
7.7 本章要點小結
7.8 習題
第8章 控制工程中的仿真技術應用
8.1 電路和電子系統的建模與仿真
8.1.1 復雜系統的建模概述
8.1.2 SimPowerSystems簡介
8.1.3 電路系統的建模與仿真
8.1.4 電子電路的建模與仿真
8.2 直流電機雙閉環拖動系統的建模與仿真
8.2.1 晶閘管整流系統仿真模型
8.2.2 電機模型庫及直流電機建模
8.3 半實物仿真系統及其應用
8.3.1 半實物仿真概述
8.3.2 dSPACE簡介
8.3.3 dSPACE模塊組
8.3.4 半實物仿真舉例
8.4 本章要點小結
8.5 習題
附錄
附錄A 積分變換問題及MATLAB直接求解
A.1 Laplace變換及其反變換
A.2 Z變換及其反變換
A.3 Laplace變換和Z變換的計算機求解
A.4 本附錄要點小結
A.5 習題
附錄B 反饋系統分析與設計程序CtrlLAB簡介
B.1 CtrlLAB的安裝與運行
B.2 控制系統模型的輸入與處理
B.3 反饋控制系統的分析
B.4 反饋控制系統計算機輔助設計
B.5 本附錄要點小結
B.6 習題
參考文獻
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