控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

出版說明
前言
第1章　控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概述1
1.1　控制理論和控制系統(tǒng)概述1
1.1.1　自動(dòng)控制理論的歷史回顧1
1.1.2　控制系統(tǒng)分類2
1.2　系統(tǒng)仿真與仿真語(yǔ)言工具概述2
1.2.1　系統(tǒng)仿真與控制系統(tǒng)仿真2
1.2.2　常規(guī)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的局限性4
1.2.3　數(shù)學(xué)軟件的發(fā)展5
1.2.4　控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件7
1.3　本書主要結(jié)構(gòu)及相關(guān)內(nèi)容9
1.3.1　本書結(jié)構(gòu)概述9
1.3.2　MATLAB語(yǔ)言的相關(guān)資源10
1.3.3　書中的MATLAB代碼10
1.4　本章要點(diǎn)小結(jié)11
1.5　習(xí)題11
第2章　MATLAB語(yǔ)言——必備的基礎(chǔ)知識(shí)13
2.1　MATLAB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與語(yǔ)句結(jié)構(gòu)14
2.1.1　MATLAB語(yǔ)言的變量與常量14
2.1.2　MATLAB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)14
2.1.3　MATLAB的基本語(yǔ)句結(jié)構(gòu)15
2.1.4　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取16
2.1.5　MATLAB語(yǔ)言的基本運(yùn)算16
2.2　MATLAB基本控制流程結(jié)構(gòu)19
2.2.1　循環(huán)結(jié)構(gòu)19
2.2.2　轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)20
2.2.3　開關(guān)結(jié)構(gòu)21
2.2.4　試探結(jié)構(gòu)22
2.3　MATLAB的M-函數(shù)設(shè)計(jì)22
2.3.1　MATLAB 語(yǔ)言的函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)23
2.3.2　可變輸入輸出個(gè)數(shù)的處理25
2.4　MATLAB 的圖形可視化25
2.4.1　二維圖形的繪制25
2.4.2　三維圖形的繪制30
2.4.3　圖形修飾34
2.5　MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計(jì)入門34
2.5.1　圖形界面設(shè)計(jì)工具35
2.5.2　菜單設(shè)計(jì)系統(tǒng)41
2.5.3　界面設(shè)計(jì)舉例與技巧41
2.6　MATLAB語(yǔ)言與數(shù)學(xué)問題計(jì)算機(jī)求解47
2.6.1　線性代數(shù)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　最優(yōu)化問題的MATLAB求解56
2.7　本章要點(diǎn)小結(jié)60
2.8　習(xí)題61
第3章　控制系統(tǒng)模型與轉(zhuǎn)換65
3.1　連續(xù)線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型65
3.1.1　線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型65
3.1.2　線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程模型68
3.1.3　線性系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型69
3.1.4　多變量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣模型70
3.2　離散系統(tǒng)模型71
3.2.1　離散傳遞函數(shù)模型71
3.2.2　離散狀態(tài)方程模型73
3.3　框圖描述系統(tǒng)的化簡(jiǎn)74
3.3.1　控制系統(tǒng)的典型連接結(jié)構(gòu)74
3.3.2　純時(shí)間延遲環(huán)節(jié)的處理77
3.3.3　節(jié)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)的等效變換78
3.3.4　復(fù)雜系統(tǒng)模型的簡(jiǎn)化79
3.3.5　基于連接矩陣的結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)方法81
3.4　系統(tǒng)模型的相互轉(zhuǎn)換83
3.4.1　連續(xù)模型和離散模型的相互轉(zhuǎn)換83
3.4.2　系統(tǒng)傳遞函數(shù)的獲取85
3.4.3　控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程實(shí)現(xiàn)86
3.4.4　狀態(tài)方程的最小實(shí)現(xiàn)88
3.5　線性系統(tǒng)的模型降階89
3.5.1　Pad\e降階算法與Routh降階算法89
3.5.2　時(shí)間延遲模型的Pad\e近似93
3.5.3　帶有時(shí)間延遲系統(tǒng)的次最優(yōu)降階算法94
3.6　線性系統(tǒng)的模型辨識(shí)98
3.6.1　連續(xù)系統(tǒng)的模型辨識(shí)98
3.6.2　離散系統(tǒng)的模型辨識(shí)100
3.6.3　辨識(shí)模型的階次選擇105
3.6.4　離散系統(tǒng)辨識(shí)信號(hào)的生成106
3.6.5　多變量離散系統(tǒng)的辨識(shí)108
3.7　本章要點(diǎn)小結(jié)109
3.8　習(xí)題110
第4章　線性控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助分析114
4.1　線性系統(tǒng)定性分析114
4.1.1　線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析114
4.1.2　線性系統(tǒng)的線性相似變換117
4.1.3　線性系統(tǒng)的可控性分析117
4.1.4　線性系統(tǒng)的可觀測(cè)性分析121
4.1.5　Kalman規(guī)范分解122
4.2　線性系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)解析解法122
4.2.1　基于狀態(tài)方程的解析解方法123
4.2.2　連續(xù)狀態(tài)方程的直接積分求解方法125
4.2.3　基于部分分式展開方法求解125
4.2.4　二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)及階躍響應(yīng)指標(biāo)129
4.3　線性系統(tǒng)的數(shù)字仿真分析131
4.3.1　線性系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)131
4.3.2　任意輸入下系統(tǒng)的響應(yīng)135
4.4　根軌跡分析136
4.5　線性系統(tǒng)頻域分析140
4.5.1　單變量系統(tǒng)的頻域分析141
4.5.2　利用頻率特性分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性144
4.5.3　多變量系統(tǒng)的頻域分析146
4.5.4　頻域分析的復(fù)域空間擴(kuò)展150
4.6　本章要點(diǎn)小結(jié)151
4.7　習(xí)題152
第5章　Simulink在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用157
5.1　Simulink建模的基礎(chǔ)知識(shí)157
5.1.1　Simulink簡(jiǎn)介157
5.1.2　Simulink下常用模塊簡(jiǎn)介158
5.1.3　Simulink下其他工具箱的模塊組164
5.2　Simulink建模與仿真164
5.2.1　Simulink建模方法簡(jiǎn)介164
5.2.2　仿真算法與控制參數(shù)選擇168
5.2.3　Simulink在控制系統(tǒng)仿真研究中的應(yīng)用舉例170
5.3　非線性系統(tǒng)分析與仿真179
5.3.1　分段線性的非線性環(huán)節(jié)179
5.3.2　非線性系統(tǒng)的極限環(huán)研究182
5.3.3　非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)數(shù)值求取方法183
5.3.4　非線性系統(tǒng)的線性化186
5.4　子系統(tǒng)與模塊封裝技術(shù)188
5.4.1　子系統(tǒng)概念及構(gòu)成方法188
5.4.2　模塊封裝方法189
5.4.3　模塊集構(gòu)造194
5.5　S-函數(shù)及其應(yīng)用194
5.5.1　S-函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)195
5.5.2　用MATLAB編寫S-函數(shù)舉例196
5.5.3　S-函數(shù)的封裝199
5.6　輸出顯示形式199
5.7　本章要點(diǎn)小結(jié)202
5.8　習(xí)題203
第6章　控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)207
6.1　基于傳遞函數(shù)的控制器設(shè)計(jì)方法207
6.1.1　串聯(lián)超前滯后校正器208
6.1.2　基于相位裕量的設(shè)計(jì)方法209
6.1.3　控制系統(tǒng)工具箱中的設(shè)計(jì)界面214
6.2　狀態(tài)反饋控制218
6.3　基于狀態(tài)反饋的控制器設(shè)計(jì)方法219
6.3.1　線性二次型指標(biāo)最優(yōu)調(diào)節(jié)器219
6.3.2　極點(diǎn)配置控制器設(shè)計(jì)221
6.3.3　觀測(cè)器設(shè)計(jì)及基于觀測(cè)器的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)224
6.4　多變量系統(tǒng)的解耦控制228
6.4.1　狀態(tài)反饋解耦控制228
6.4.2　狀態(tài)反饋的極點(diǎn)配置解耦系統(tǒng)230
6.5　本章要點(diǎn)小結(jié)232
6.6　習(xí)題232
第7章　PID控制器與最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)234
7.1　PID控制器及其建模234
7.1.1　PID控制器概述234
7.1.2　離散PID控制器235
7.1.3　PID控制器的變形236
7.2　過程系統(tǒng)的一階延遲模型近似237
7.2.1　由響應(yīng)曲線識(shí)別一階模型238
7.2.2　基于頻域響應(yīng)的近似方法239
7.2.3　基于傳遞函數(shù)的辨識(shí)方法240
7.2.4　最優(yōu)降階方法240
7.3　Ziegler-Nichols參數(shù)整定方法241
7.3.1　Ziegler-Nichols經(jīng)驗(yàn)公式241
7.3.2　改進(jìn)的Ziegler-Nichols算法243
7.3.3　改進(jìn)PID控制結(jié)構(gòu)與算法245
7.3.4　最優(yōu)PID整定算法248
7.3.5　大時(shí)間延遲的Smith預(yù)估器補(bǔ)償249
7.4　PID工具箱應(yīng)用舉例252
7.4.1　基于FOLPD的PID控制器設(shè)計(jì)程序252
7.4.2　下的PID控制器模塊集255
7.5　最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)258
7.5.1　最優(yōu)控制的概念258
7.5.2　最優(yōu)控制目標(biāo)函數(shù)的選擇259
7.5.3　控制器參數(shù)尋優(yōu)262
7.5.4　基于MATLAB/的最優(yōu)控制程序及其應(yīng)用265
7.5.5　最優(yōu)控制程序的其他應(yīng)用268
7.6　最優(yōu)PID控制器設(shè)計(jì)程序269
7.7　本章要點(diǎn)小結(jié)273
7.8　習(xí)題273
第8章　控制工程中的仿真技術(shù)應(yīng)用275
8.1　電路和電子系統(tǒng)的建模與仿真275
8.1.1　復(fù)雜系統(tǒng)的建模概述275
8.1.2　SimPowerSystems簡(jiǎn)介276
8.1.3　電路系統(tǒng)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(jī)雙閉環(huán)拖動(dòng)系統(tǒng)的建模與仿真285
8.2.1　晶閘管整流系統(tǒng)仿真模型286
8.2.2　電機(jī)模型庫(kù)及直流電機(jī)建模287
8.3　半實(shí)物仿真系統(tǒng)及其應(yīng)用291
8.3.1　半實(shí)物仿真概述291
8.3.2　dSPACE簡(jiǎn)介294
8.3.3　dSPACE模塊組294
8.3.4　半實(shí)物仿真舉例295
8.4　本章要點(diǎn)小結(jié)298
8.5　習(xí)題299
附錄301
附錄A　積分變換問題及MATLAB直接求解301
A.1　Laplace變換及其反變換301
A.2　Z變換及其反變換302
A.3　Laplace變換和Z變換的計(jì)算機(jī)求解303
A.4　本附錄要點(diǎn)小結(jié)306
A.5　習(xí)題306
附錄B　反饋系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)程序CtrlLAB簡(jiǎn)介307
B.1　CtrlLAB的安裝與運(yùn)行308
B.2　控制系統(tǒng)模型的輸入與處理308
B.3　反饋控制系統(tǒng)的分析309
B.4　反饋控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)310
B.5　本附錄要點(diǎn)小結(jié)311
B.6　習(xí)題311
參考文獻(xiàn)313