控製係統MATLAB仿真與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

劉劍 袁帥 張鳳 等編著 著

圖書標籤:

• 控製係統
• MATLAB
• 仿真
• 應用
• 自動控製
• 數學建模
• 工程仿真
• 信號處理
• 係統分析
• 控製工程

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111580829

版次：1

商品編碼：12206677

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育電氣信息類規劃教材

開本：16開

齣版時間：2017-10-01

用紙：膠版紙

頁數：294

編輯推薦

1. 以工程實際控製係統為背景，注重係統性、邏輯性，將全書分為仿真基礎、控製係統分析與設計、綜閤應用實例三個方麵。
2. 利用MATLAB計算機輔助設計平颱，將控製係統基本原理、分析設計方法與MATLAB仿真技術緊密銜接，力求通過仿真設計實例深入淺齣地闡述控製係統理論方法。

內容簡介

《控製係統MATLAB仿真與應用》從控製係統仿真的實際應用齣發，在MATLAB語言基礎上，係統講述瞭控製係統計算機輔助設計的理論、方法及應用，主要內容分為三部分：MATLAB基礎知識、控製係統分析與設計和綜閤應用實例。首先介紹瞭MATLAB 基礎知識，包括概述、MATLAB程序設計基礎與MATLAB 圖形設計；然後著重闡述瞭控製係統數學模型及其MATLAB描述；介紹瞭控製係統分析與設計的基本控製理論與方法；在MATLAB平颱下講述瞭控製係統計算機輔助分析及設計； 在介紹Simulink基礎上，闡述瞭控製係統Simulink仿真；後從不同角度給齣瞭幾個控製係統MATLAB仿真實例。
《控製係統MATLAB仿真與應用》可作為高等院校電氣信息類電氣工程及其自動化、自動化等相關專業本科生和研究生的教材或參考書，也可作為從事控製理論與控製工程相關技術人員學習的參考用書。
《控製係統MATLAB仿真與應用》配有電子教案，需要的教師可登錄www.cmpedu.com免費注冊，審核通過後下載，或聯係編輯索取（QQ：2966938356，電話：010-88379739）。

目錄

前言
第1章概述
1.1控製係統計算機輔助設計概述
1.1.1控製係統概述
1.1.2控製係統計算機輔助設計的發展及應用
1.2MATLAB簡介
1.2.1MATLAB安裝與啓動
1.2.2程序界麵環境
1.2.3目錄設置與文件管理
1.2.4Simulink仿真環境
1.3本章小結
1.4習題
第2章MATLAB程序設計基礎
2.1基本數據
2.1.1變量定義與管理
2.1.2數組與矩陣運算
2.1.3胞元與結構
2.2基本運算
2.2.1矩陣運算
2.2.2多項式運算
2.2.3常用函數運算
2.2.4符號運算
2.3程序設計
2.3.1基本語法
2.3.2程序結構
2.3.3邏輯控製
2.4M函數與M文件
2.4.1M函數
2.4.2M文件
2.5程序調試
2.5.1調試環境設置
2.5.2調試基本方式
2.6基本文件操作
2.6.1高級文件操作
2.6.2低級文件操作
2.6.3import操作
2.7本章小結
2.8習題
第3章MATLAB圖形設計
3.1二維圖形
3.1.1基本二維圖形
3.1.2圖形格式與標注
3.1.3二維專用圖形
3.2三維圖形
3.2.1基本三維麯綫圖形
3.2.2基本三維麯麵圖形
3.2.3三維專用圖形
3.3圖形界麵
3.3.1圖形窗口編輯
3.3.2圖形窗口設計
3.4本章小結
3.5習題
第4章控製係統數學模型及其MATLAB描述
4.1控製係統概述
4.1.1係統組成
4.1.2控製方式
4.1.3控製類型
4.1.4控製目標
4.2常用數學模型及MATLAB描述
4.2.1微分方程
4.2.2傳遞函數
4.2.3係統結構框圖
4.2.4狀態空間錶達式
4.3基於MATLAB的數學模型轉換
4.3.1傳遞函數各形式的相互轉換
4.3.2傳遞函數與狀態空間錶達式相互轉換
4.3.3相似變換
4.3.4最小實現
4.4本章小結
4.5習題
第5章控製係統計算機輔助分析
5.1基於MATLAB的穩定性分析
5.1.1時域法穩定性分析
5.1.2根軌跡法穩定性分析
5.1.3頻域法穩定性分析
5.1.4李雅普諾夫法穩定性分析
5.2基於MATLAB的隨動性分析
5.2.1時域法隨動性分析
5.2.2根軌跡法隨動性分析
5.2.3頻域法隨動性分析
5.3基於MATLAB的準確性分析
5.3.1穩態誤差
5.3.2動態誤差
5.4基於MATLAB的能控性與能觀性分析
5.4.1能控性分析
5.4.2能觀性分析
5.5本章小結
5.6習題
第6章控製係統計算機輔助設計
6.1控製係統設計的基本方法
6.1.1經典方法
6.1.2現代方法
6.2基於MATLAB的根軌跡設計
6.2.1根軌跡方程
6.2.2增益設計法
6.2.3補償設計法
6.3基於MATLAB的頻率特性設計
6.3.1相位超前法
6.3.2相位滯後法
6.3.3相位滯後-超前法
6.4基於MATLAB的PID控製器設計
6.4.1PID控製規律
6.4.2模擬PID控製法
6.4.3數字PID控製法
6.5基於MATLAB的狀態反饋設計
6.5.1狀態反饋
6.5.2極點配置法
6.5.3狀態觀測器
6.6基於MATLAB的二次型優化設計
6.6.1連續係統最優二次型
6.6.2離散係統最優二次型
6.6.3二次型最優調節器設計
6.7本章小結
6.8習題
第7章控製係統Simulink仿真
7.1Simulink仿真環境
7.1.1基本模塊
7.1.2基本設置
7.2Simulink功能模塊
7.2.1基本功能模塊
7.2.2自定義功能模塊
7.3Simulink S函數
7.3.1S函數描述
7.3.2S函數設計
7.4控製係統Simulink仿真應用
7.4.1離散控製係統仿真
7.4.2連續控製係統仿真
7.5本章小結
7.6習題
第8章控製係統MATLAB仿真實例
8.1空調控製係統設計
8.1.1空調控製係統建模
8.1.2空調控製係統仿真
8.2鍋爐內膽水溫控製係統設計
8.2.1鍋爐內膽溫度數學模型建立
8.2.2鍋爐內膽溫度控製方案
8.2.3鍋爐內膽水溫控製係統仿真
8.3直流調速係統Simulink仿真設計
8.3.1直流調速係統設計
8.3.2比例積分控製的無靜差直流調速係統數學建模
8.3.3直流調速係統Simulink仿真
8.4移動機器人SLAM設計
8.4.1基於EKF的SLAM方法
8.4.2移動機器人建模
8.4.3移動機器人EKF-SLAM仿真
8.5本章小結
附錄MATLAB與C語言混閤編程方法簡介
參考文獻

前言/序言

隨著當今信息社會智能化的高速發展，自動控製的作用尤為突齣，對自動控製技術及應用提齣越來越高的要求。新的控製理論與方法需要藉助計算機進行仿真與分析。在設計前期，利用仿真技術論證方案，進行經濟技術比較，優選閤理方案；在設計階段，仿真技術可幫助設計人員優選係統結構，優化係統參數，以期獲得係統最優品質和性能；在調試階段，利用仿真技術分析係統響應與參數關係，指導調試工作，可以迅速完成調試任務；在運行階段，利用仿真技術可以在不影響生産的條件下分析係統的工作狀態，預防事故發生，尋求改進薄弱環節，以提高係統的性能和運行效率。
控製係統MATLAB仿真與應用課程作為電氣信息類相關專業重要課程在國內外各高等院校普遍開設，在控製理論基礎上，通過對MATLAB程序設計方法的學習，明確控製係統模型的描述方法，掌握控製係統及仿真的基本原理、算法和實現過程，已成為本科生、研究生、科研工作者必須掌握的基本技能之一。
《控製係統MATLAB仿真與應用》適應新形勢下控製係統及計算機仿真需求，注重係統性、邏輯性，將全書分為仿真基礎、控製係統分析與設計、綜閤應用實例三個方麵。利用MATLAB計算機輔助設計平颱，將控製係統基本原理、分析設計方法與MATLAB仿真技術緊密銜接，力求通過仿真設計實例深入淺齣地闡述控製係統理論方法；從控製係統的性能指標要求齣發，將控製係統時域分析法、根軌跡分析法、頻率特性分析法、狀態空間分析法、串聯校正設計法、狀態反饋設計法、極點配置法等不同的分析設計方法融閤，首次提齣從穩定性、隨動性、準確性指標角度講述控製係統分析設計方法；以工程實際控製係統為背景，在應用實例的設計上，既注重瞭程序代碼盡量簡潔明瞭，又注重程序設計操作步驟的詳盡，使讀者能夠按照步驟完成實例操作後，並根據自己的想法，舉一反三，提高創新應用能力。
MATLAB作為一種麵嚮科學和工程計算的高級計算機語言，已成為國內外從事科學研究和工程設計不可缺少的工具軟件。目前MATLAB仿真軟件每年推齣兩個版本，已成為功能強大、界麵形象、易於使用的仿真工具。《控製係統MATLAB仿真與應用》相關程序是在MATLAB R2015a版本上進行仿真驗證的。
《控製係統MATLAB仿真與應用》由劉劍、袁帥、張鳳等編寫。第1章由張鳳、李昌國完成，第2、3、7章由袁帥、堯曉、李思奇、毛紅民完成，第4、5、6章由劉劍、趙悅、徐萌、馬駿馳完成，第8章由路遙、李彤、李淩燕、宋昊霖完成，附錄由袁帥、邢景怡完成。編者在各章編寫中對相關程序全部進行瞭調試。劉劍、袁帥對全書進行瞭統稿。
在《控製係統MATLAB仿真與應用》編寫過程中，查閱瞭大量資料，得到瞭很多同行的支持與幫助，在此一並錶示衷心的感謝。
由於編者水平有限，書中錯誤和不妥之處在所難免，敬請讀者不吝指正。

智能時代的自動化引擎：探索現代控製理論的基石與實踐 這是一本關於現代控製理論精髓及其在工程領域廣泛應用的入門級著作。本書旨在為讀者構建一個紮實的理論框架，並引導他們掌握將這些理論轉化為實際解決方案的關鍵技能。我們相信，理解和掌握控製係統，就是理解和駕馭我們所處的這個日益智能化的世界。從自動駕駛汽車到智能電網，從機器人手臂到精準醫療設備，控製理論無處不在，驅動著科技進步和社會發展。 本書的敘事始於對控製係統的基本概念進行清晰而深入的解析。我們將一同探索“反饋”這一核心思想的強大力量，理解它如何使係統具備自我修正、穩定運行和響應外部擾動的能力。無論是簡單的一階係統，還是復雜的非綫性係統，我們都將從其數學模型入手，揭示其內在的動態特性。本書強調瞭建立準確數學模型的重要性，並將介紹多種建模方法，包括基於物理原理的建模、實驗辨識模型等，使讀者能夠根據實際情況選擇最閤適的方法。 在理論基石層麵，本書將深入淺齣地介紹經典控製理論的各項要點。我們將從根源齣發，講解如何通過係統的傳遞函數和框圖來描述係統的輸入輸齣關係，以及如何分析係統的穩定性。讀者將學習到根軌跡、頻率響應（如Bode圖、Nyquist圖）等強大的分析工具，這些工具能幫助我們直觀地理解係統的性能，預測其行為。同時，本書也將著重介紹PID（比例-積分-微分）控製器，作為一種最通用、最有效的控製器設計方法，我們將詳細闡述其參數整定技巧，並探討如何通過調整參數來優化係統的瞬態響應和穩態精度。 然而，現代工程挑戰往往超齣瞭經典控製的範疇。因此，本書將毫不避諱地帶領讀者進入現代控製理論的殿堂。狀態空間方法，作為現代控製的核心，將被細緻地展現。讀者將學習如何用狀態嚮量來描述係統的內部狀態，並理解狀態方程和輸齣方程的意義。在此基礎上，我們將深入探討能控性和可觀測性這兩個關鍵概念，它們是設計最優控製器和狀態觀測器的基礎。 本書對狀態觀測器的講解尤為詳盡，將涵蓋Luenberger觀測器等經典設計方法。讀者將理解為何需要狀態觀測器，以及它如何在無法直接測量所有係統狀態的情況下，依然能為控製器提供準確的狀態估計。這將為理解更高級的自適應控製、魯棒控製等打下堅實基礎。 此外，最優控製理論的引入將為讀者打開新的視野。我們將介紹二次型最優控製（LQR），一種在工程中被廣泛應用的控製器設計方法。通過最小化一個二次型性能指標，LQR控製器能夠在滿足係統約束的前提下，實現最優的性能。本書將詳細推導LQR的設計過程，並闡述其在實際應用中的優勢。 隨著係統復雜性的增加和性能要求的不斷提高，對魯棒性和自適應性的需求也日益迫切。本書將介紹魯棒控製的基本思想，闡述如何設計能夠抵禦模型不確定性和外部擾動的控製器。同時，對於模型可能隨時間變化的係統，自適應控製的原理也將被引入，幫助讀者理解如何設計能夠實時調整自身參數以適應係統變化的控製器。 本書不僅注重理論的講解，更強調實踐能力的培養。我們深知，理論的價值在於應用。因此，本書的每一章都將穿插豐富的工程實例，從機械臂的精確運動控製，到飛機姿態的穩定飛行，再到化學反應過程的溫度控製，都將作為具體的案例進行分析。通過這些案例，讀者可以直觀地理解理論知識在解決實際問題中的應用，從而加深理解，鞏固所學。 本書還將重點介紹先進的仿真技術在控製係統設計與分析中的作用。我們將引導讀者瞭解如何利用各種仿真工具來構建和測試控製係統模型，評估不同控製器設計方案的性能，並進行參數優化。仿真不僅能夠幫助我們提前發現潛在的問題，更重要的是，它極大地縮短瞭從理論到實際産品的開發周期，降低瞭研發成本。 在本書的最後部分，我們將對一些前沿的控製技術進行展望，包括模糊控製、神經網絡控製等智能控製方法。這些方法在處理非綫性、模糊和難以建模的係統時錶現齣獨特的優勢，是未來控製領域的重要發展方嚮。 本書的讀者對象包括但不限於： 高等院校的在讀學生： 無論是機械工程、電氣工程、自動化、航空航天還是生物醫學工程等專業的學生，本書都將為你提供堅實的控製理論基礎和實用的應用技能。 工程技術人員： 緻力於自動化、機器人、航空航天、汽車工業、能源、製造等領域的工程師，將能夠利用本書的知識提升現有係統的性能，開發更智能、更高效的解決方案。 科研人員： 對控製理論及其交叉應用領域感興趣的研究者，將能從本書的理論深度和實踐廣度中獲得啓發。 本書的編寫風格力求嚴謹而不失通俗，理論分析深入淺齣，數學推導清晰明瞭，同時輔以豐富的圖示和實例，幫助讀者剋服理解上的難點。我們相信，通過本書的學習，讀者將能夠自信地麵對各種控製工程挑戰，成為驅動未來智能時代發展的關鍵力量。掌握控製的藝術，就是掌握創新的力量，改變世界的潛力。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最大感受就是“豁然開朗”。我之前在學習控製理論時，總覺得那些數學模型和公式離實際應用太遙遠，很難想象它們是如何工作的。但《控製係統MATLAB仿真與應用》徹底顛覆瞭我的認知。它就像一座橋梁，將枯燥的理論和鮮活的現實連接瞭起來。書中的內容從基礎的傳遞函數建模，到復雜的自適應控製和魯棒控製，都輔以大量的MATLAB仿真案例。我跟著書中的步驟，一步步在MATLAB環境中搭建模型、設計控製器、進行仿真，親眼看著不同的控製策略對係統性能産生的影響，這比單純地閱讀公式要有意義得多。我特彆喜歡書中對實際工程問題的分析，比如如何根據具體要求設計PID參數，如何對非綫性係統進行建模和控製。這些案例讓我真切地體會到控製理論的強大應用價值。這本書不僅教會瞭我如何使用MATLAB進行仿真，更重要的是，它教會瞭我如何用控製的思維去分析和解決問題。對於任何希望將控製理論知識真正轉化為解決實際問題能力的讀者來說，這本書絕對是不可多得的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

作為一名即將畢業的自動化專業學生，我一直在尋找一本能夠幫助我鞏固課堂知識並提升實踐技能的參考書。《控製係統MATLAB仿真與應用》這本書可以說是解決瞭我的燃眉之急。它不是一本純理論的書籍，也不是一本隻教寫代碼的“工具書”，而是巧妙地將理論與實踐完美結閤。書中對各種控製策略的原理講解深入淺齣，邏輯清晰，讓我對PID、模糊邏輯、神經網絡等控製器的內在機製有瞭更深刻的理解。更難能可貴的是，書中提供瞭大量基於MATLAB的仿真實例，從係統建模到控製器設計，再到仿真分析，每一個步驟都講解得非常詳細。我印象特彆深刻的是關於模型預測控製（MPC）的部分，這在許多課程中都是一個比較抽象的概念，但書中通過具體的仿真案例，讓我能夠直觀地看到MPC如何優化控製性能，預測未來行為。通過跟著書中的示例進行操作，我不僅掌握瞭MATLAB的仿真技巧，更重要的是，我對控製係統的設計流程和方法有瞭更紮實的掌握。這本書無疑為我未來的畢業設計和工作打下瞭堅實的基礎，我非常推薦給所有自動化、電氣工程以及相關專業的學生。

評分☆☆☆☆☆

我之前嘗試過學習一些控製係統的知識，但總是感覺抓不住重點，尤其是數學公式推導和理論模型構建，讓我頭疼不已。後來我朋友推薦瞭《控製係統MATLAB仿真與應用》，說這本書非常實用。試讀後，我纔明白為什麼它如此受歡迎。這本書的重點不在於長篇大論的數學推導，而是通過MATLAB這個強大的工具，讓讀者親手去實現和驗證各種控製算法。書中對各種經典控製器的原理介紹非常清晰，然後立刻就給齣瞭MATLAB代碼實現，並且會展示仿真結果。例如，在講解根軌跡的時候，它會一步步教你怎麼用MATLAB畫齣根軌跡圖，讓你直觀地理解係統參數變化對穩定性的影響。還有李雅普諾夫穩定性分析，在其他書中可能隻是一個理論定理，但在本書中，你會學到如何用MATLAB來構建李雅普諾夫函數並進行仿真驗證。書中的代碼注釋也很詳細，很容易理解每一行代碼的作用。對於我這種動手能力比較強，喜歡邊學邊做的人來說，這本書簡直是福音。我強烈建議那些希望將理論轉化為實踐的學習者，一定要入手這本書，它會讓你對控製係統有一個全新的認識。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我起初是被這本書的“MATLAB仿真”這個關鍵詞吸引的。我是一名軟件工程師，雖然不是科班齣身，但對機械自動化領域一直抱有濃厚的興趣，尤其是看到一些復雜的係統如何通過精妙的控製算法得以運行，讓我覺得非常著迷。然而，理論書籍往往過於學術化，難以入手。《控製係統MATLAB仿真與應用》這本書的齣現，恰好填補瞭這一空白。它沒有一開始就拋齣晦澀的數學原理，而是從讀者最容易理解和接受的仿真實驗入手。書中通過一個又一個精心設計的仿真場景，將控製係統的基本概念，如穩定性、瞬態響應、穩態誤差等，以最直觀的方式呈現齣來。我跟著書中的代碼，自己動手嘗試修改參數，觀察結果的變化，這種互動式的學習體驗非常有成就感。這本書讓我看到瞭理論知識在實際應用中的強大生命力，也讓我對控製係統有瞭更感性的認識。我從中不僅學到瞭控製算法的設計，更重要的是，我學會瞭如何通過仿真來驗證和優化我的想法。對於非控製專業但對該領域感興趣的朋友，這本書絕對是一個絕佳的入門選擇。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我量身定做的！我一直對控製係統很感興趣，但理論知識總感覺有些抽象，難以真正理解其精髓。直到我偶然發現瞭《控製係統MATLAB仿真與應用》，一切都改變瞭。書中不僅僅羅列瞭各種控製理論，更是將它們生動地呈現在MATLAB仿真環境中。我尤其喜歡它循序漸進的教學方式，從最基礎的PID控製原理講起，到狀態空間模型、模糊控製、神經網絡控製等更復雜的概念，都配有詳細的MATLAB代碼示例。我跟著書中的步驟一步步操作，看著仿真結果一點點呈現，那種豁然開朗的感覺簡直太棒瞭！以前那些枯燥的公式和概念，現在都變得直觀易懂。特彆是書中的案例分析，涵蓋瞭從機械臂到飛行器等多個領域的應用，讓我看到瞭控製理論在現實世界中的巨大價值。我甚至嘗試著將書中學習到的知識應用到我自己的一個小型機器人項目中，效果齣奇的好。這本書不僅提升瞭我的理論認知，更重要的是鍛煉瞭我的實踐能力。我強力推薦給所有對控製係統感興趣的學習者，無論你是初學者還是有一定基礎，這本書都會帶給你驚喜！