先进PID控制MATLAB仿真（第4版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘金琨 著

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• 控制系统
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• 第四版
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店铺： 电子工业出版社官方旗舰店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121288463

商品编码：29509846912

包装：平塑

开本：16

出版时间：2016-06-01

内容介绍

读者对象：

    本书适用于从事生产过程自动化、计算机应用、机械电子和电气自动化领域工作的工程技术人员阅读，也可作为大专院校工业自动化、自动控制、机械电子、自动化仪表、计算机应用等专业的教学参考书。

目    录

第1章  基本的PID控制    1

1.1  PID控制原理    1

1.2  连续系统的模拟PID仿真    2

1.2.1  基本的PID控制    2

1.2.2  线性时变系统的PID控制    8

1.3  数字PID控制    12

1.3.1  位置式PID控制算法    12

1.3.2  连续系统的数字PID控制仿真    13

1.3.3  离散系统的数字PID控制仿真    18

1.3.4  增量式PID控制算法及仿真    25

1.3.5  积分分离PID控制算法及仿真    26

1.3.6  抗积分饱和PID控制算法及仿真    31

1.3.7  梯形积分PID控制算法    34

1.3.8  变速积分PID算法及仿真    34

1.3.9  带滤波器的PID控制仿真    38

1.3.10  不完全微分PID控制算法及仿真    44

1.3.11  微分先行PID控制算法及仿真    48

1.3.12  带死区的PID控制算法及仿真    51

1.3.13  基于前馈补偿的PID控制算法及仿真    55

1.3.14  步进式PID控制算法及仿真    57

1.3.15  PID控制的方波响应    60

1.3.16  基于卡尔曼滤波器的PID控制    62

1.4  S函数介绍    71

1.4.1  S函数简介    71

1.4.2  S函数使用步骤    72

1.4.3  S函数的基本功能及重要参数设定    72

1.4.4  实例说明    72

1.5  PID研究新进展    73

参考文献    73

第2章  PID控制器的整定    75

2.1  概述    75

2.2  基于响应曲线法的PID整定    75

2.2.1  基本原理    75

2.2.2  仿真实例    76

2.3  基于Ziegler-Nichols的频域响应PID整定    79

2.3.1  连续Ziegler-Nichols方法的PID整定    79

2.3.2  仿真实例    80

2.3.3  离散Ziegler-Nichols方法的PID整定    83

2.3.4  仿真实例    83

2.4  基于频域分析的PD整定    87

2.4.1  基本原理    87

2.4.2  仿真实例    87

2.5  基于相位裕度整定的PI控制    89

2.5.1  基本原理    89

2.5.2  仿真实例    92

2.6  基于极点配置的稳定PD控制    94

2.6.1  基本原理    94

2.6.2  仿真实例    95

2.7  基于临界比例度法的PID整定    97

2.7.1  基本原理    97

2.7.2  仿真实例    98

2.8  一类非线性整定的PID控制    100

2.8.1  基本原理    100

2.8.2  仿真实例    102

2.9  基于优化函数的PID整定    104

2.9.1  基本原理    104

2.9.2  仿真实例    104

2.10  基于NCD优化的PID整定    106

2.10.1  基本原理    106

2.10.2  仿真实例    106

2.11  基于NCD与优化函数结合的PID整定    109

2.11.1  基本原理    109

2.11.2  仿真实例    110

2.12  传递函数的频域测试    111

2.12.1  基本原理    111

2.12.2  仿真实例    112

参考文献    115

第3章  时滞系统的PID控制    116

3.1  单回路PID控制系统    116

3.2  串级PID控制    116

3.2.1  串级PID控制原理    116

3.2.2  仿真实例    117

3.3  纯滞后系统的大林控制算法    121

3.3.1  大林控制算法原理    121

3.3.2  仿真实例    121

3.4  纯滞后系统的Smith控制算法    123

3.4.1  连续Smith预估控制    123

3.4.2  仿真实例    125

3.4.3  数字Smith预估控制    127

3.4.4  仿真实例    128

参考文献    133

第4章  基于微分器的PID控制    134

4.1  基于全程快速微分器的PD控制    134

4.1.1  全程快速微分器    134

4.1.2  仿真实例    134

4.2  基于Levant微分器的PID控制    143

4.2.1  Levant微分器    143

4.2.2  仿真实例    144

参考文献    155

第5章  基于观测器的PID控制    156

5.1  基于慢干扰观测器补偿的PID控制    156

5.1.1  系统描述    156

5.1.2  观测器设计    156

5.1.3  仿真实例    157

5.2  基于指数收敛干扰观测器的PID控制    162

5.2.1  系统描述    163

5.2.2  指数收敛干扰观测器的问题提出    163

5.2.3  指数收敛干扰观测器的设计    163

5.2.4  PID控制器的设计及分析    164

5.2.5  仿真实例    164

5.3  基于名义模型干扰观测器的PID控制    171

5.3.1  干扰观测器基本原理    171

5.3.2  干扰观测器的性能分析    172

5.3.3  干扰观测器鲁棒稳定性    173

5.3.4  低通滤波器Q(s)的设计    175

5.3.5  仿真实例    176

5.4  基于扩张观测器的PID控制    181

5.4.1  扩张观测器的设计    181

5.4.2  扩张观测器的分析    181

5.4.3  仿真实例    184

5.5  基于输出延迟观测器的PID控制    198

5.5.1  系统描述    198

5.5.2  输出延迟观测器的设计    198

5.5.3  仿真实例    199

参考文献    208

第6章  自抗扰控制器及其PID控制    209

6.1  非线性跟踪微分器    209

6.1.1  微分器描述    209

6.1.2  仿真实例    209

6.2  安排过渡过程及PID控制    214

6.2.1  安排过渡过程    214

6.2.2  仿真实例    214

6.3  基于非线性扩张观测器的PID控制    220

6.3.1  系统描述    220

6.3.2  非线性扩张观测器    220

6.3.3  仿真实例    221

6.4  非线性PID控制    233

6.4.1  非线性PID控制算法    233

6.4.2  仿真实例    234

6.5  自抗扰控制    236

6.5.1  自抗扰控制结构    236

6.5.2  仿真实例    237

参考文献    246

第7章  PD鲁棒自适应控制    247

7.1  稳定的PD控制算法    247

7.1.1  问题的提出    247

7.1.2  PD控制律的设计    247

7.1.3  仿真实例    248

7.2  基于模型的PI鲁棒控制    251

7.2.1  问题的提出    251

7.2.2  PD控制律的设计    251

7.2.3  稳定性分析    252

7.2.4  仿真实例    252

7.3  基于名义模型的机械手PI鲁棒控制    256

7.3.1  问题的提出    256

7.3.2  鲁棒控制律的设计    257

7.3.3  稳定性分析    257

7.3.4  仿真实例    258

7.4  基于Anti-windup的PID控制    266

7.4.1  Anti-windup基本原理    266

7.4.2  基于Anti-windup的PID控制    266

7.4.3  仿真实例    267

7.5  基于PD增益自适应调节的模型参考自适应控制    271

7.5.1  问题描述    271

7.5.2  控制律的设计与分析    271

7.5.3  仿真实例    272

参考文献    280

第8章  模糊PD控制和专家PID控制    281

8.1  倒立摆稳定的PD控制    281

8.1.1  系统描述    281

8.1.2  控制律设计    281

8.1.3  仿真实例    282

8.2  基于自适应模糊补偿的倒立摆PD控制    285

8.2.1  问题描述    285

8.2.2  自适应模糊控制器设计与分析    286

8.2.3  稳定性分析    287

8.2.4  仿真实例    288

8.3  基于模糊规则表的模糊PD控制    295

8.3.1  基本原理    295

8.3.2  仿真实例    296

8.4  模糊自适应整定PID控制    299

8.4.1  模糊自适应整定PID控制原理    299

8.4.2  仿真实例    301

8.5  专家PID控制    307

8.5.1  专家PID控制原理    307

8.5.2  仿真实例    308

参考文献    310

第9章  神经网络PID控制    311

9.1  基于单神经元网络的PID智能控制    311

9.1.1  几种典型的学习规则    311

9.1.2  单神经元自适应PID控制    311

9.1.3  改进的单神经元自适应PID控制    312

9.1.4  仿真实例    313

9.2  基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应PID控制    316

9.2.1  控制律的设计    316

9.2.2  仿真实例    317

9.3  基于自适应神经网络补偿的PD控制    320

9.3.1  问题描述    320

9.3.2  自适应神经网络设计与分析    321

9.3.3  仿真实例    323

参考文献    328

第10章  基于差分进化的PID控制    329

10.1  差分进化算法的基本原理    329

10.1.1  差分进化算法的提出    329

10.1.2  标准差分进化算法    329

10.1.3  差分进化算法的基本流程    330

10.1.4  差分进化算法的参数设置    331

10.2  基于差分进化算法的函数优化    332

10.3  基于差分进化整定的PD控制    335

10.3.1  基本原理    336

10.3.2  基于差分进化的PD整定    336

10.4  基于摩擦模型辨识和补偿的PD控制    340

10.4.1  摩擦模型的在线参数辨识    340

10.4.2  仿真实例    341

10.5  基于最优轨迹规划的PID控制    345

10.5.1  问题的提出    345

 

内容介绍：

   全书共分17章，包括基本的PID控制、PID控制器的整定、时滞系统PID控制、基于微分器的PID控制、基于观测器的PID控制、自抗扰控制器及其PID控制、PD鲁棒自适应控制、专家PID控制和模糊PD控制、神经网络PID控制、基于差分进化的PID控制、伺服系统PID控制、迭代学习PID控制、挠性及奇异摄动系统的PD控制、机械手PID控制、飞行器双闭环PD控制、倒立摆系统的控制及GUI动画演示，以及其他控制方法的设计。每种方法都给出了算法推导、实例分析和相应的MATLAB仿真设计程序。

作者介绍：

 

刘金琨 辽宁人，1965年生。分别于1989年7月，1994年3月和1997年3月获东北大学工学学士、工学硕士和工学博士学位。1997年3月至1998年12月在浙江大学工业控制技术研究所做博士后研究工作。1999年1月至1999年7月在香港科技大学从事合作研究。1999年11月至今在北京航空航天大学自动化学院从事教学与科研工作，现任教授，博士导师。主讲《智能控制》、《先进控制系统设计》和《系统辨识》等课程。研究方向为控制理论与应用。自从从事研究工作以来，主持国家自然基金等科研项目10余项，以第一作者发表学术论文100余篇。曾出版《智能控制》、《机器人控制系统的设计与Matlab仿真》、《滑模变结构控制Matlab仿真》、《RBF神经网络自适应控制Matlab仿真》、《系统辨识》和《微分器设计与应用—信号滤波与求导》等著作。

作者介绍
刘金琨 辽宁人，1965年生。分别于1989年7月，1994年3月和1997年3月获东北大学工学学士、工学硕士和工学博士学位。1997年3月至1998年12月在浙江大学工业控制技术研究所做博士后研究工作。1999年1月至1999年7月在香港科技大学从事合作研究。1999年11月至今在北京航空航天大学自动化学院从事教学与科研工作，现任教授，博士导师。主讲《智能控制》、《先进控制系统设计》和《系统辨识》等课程。研究方向为控制理论与应用。自从从事研究工作以来，主持国家自然基金等科研项目10余项，以第一作者发表学术论文100余篇。曾出版《智能控制》、《机器人控制系统的设计与Matlab仿真》、《滑模变结构控制Matlab仿真》、《RBF神经网络自适应控制Matlab仿真》、《系统辨识》和《微分器设计与应用—信号滤波与求导》等著作。

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一类非线性整定的PID控制 100 2.8.1 基本原理 100 2.8.2 仿真实例 102 2.9 基于优化函数的PID整定 104 2.9.1 基本原理 104 2.9.2 仿真实例 104 2.10 基于NCD优化的PID整定 106 2.10.1 基本原理 106 2.10.2 仿真实例 106 2.11 基于NCD与优化函数结合的PID整定 109 2.11.1 基本原理 109 2.11.2 仿真实例 110 2.12 传递函数的频域测试 111 2.12.1 基本原理 111 2.12.2 仿真实例 112 参考文献 115 第3章 时滞系统的PID控制 116 3.1 单回路PID控制系统 116 3.2 串级PID控制 116 3.2.1 串级PID控制原理 116 3.2.2 仿真实例 117 3.3 纯滞后系统的大林控制算法 121 3.3.1 大林控制算法原理 121 3.3.2 仿真实例 121 3.4 纯滞后系统的Smith控制算法 123 3.4.1 连续Smith预估控制 123 3.4.2 仿真实例 125 3.4.3 数字Smith预估控制 127 3.4.4 仿真实例 128 参考文献 133 第4章 基于微分器的PID控制 134 4.1 基于全程快速微分器的PD控制 134 4.1.1 全程快速微分器 134 4.1.2 仿真实例 134 4.2 基于Levant微分器的PID控制 143 4.2.1 Levant微分器 143 4.2.2 仿真实例 144 参考文献 155 第5章 基于观测器的PID控制 156 5.1 基于慢干扰观测器补偿的PID控制 156 5.1.1 系统描述 156 5.1.2 观测器设计 156 5.1.3 仿真实例 157 5.2 基于指数收敛干扰观测器的PID控制 162 5.2.1 系统描述 163 5.2.2 指数收敛干扰观测器的问题提出 163 5.2.3 指数收敛干扰观测器的设计 163 5.2.4 PID控制器的设计及分析 164 5.2.5 仿真实例 164 5.3 基于名义模型干扰观测器的PID控制 171 5.3.1 干扰观测器基本原理 171 5.3.2 干扰观测器的性能分析 172 5.3.3 干扰观测器鲁棒稳定性 173 5.3.4 低通滤波器Q(s)的设计 175 5.3.5 仿真实例 176 5.4 基于扩张观测器的PID控制 181 5.4.1 扩张观测器的设计 181 5.4.2 扩张观测器的分析 181 5.4.3 仿真实例 184 5.5 基于输出延迟观测器的PID控制 198 5.5.1 系统描述 198 5.5.2 输出延迟观测器的设计 198 5.5.3 仿真实例 199 参考文献 208 第6章 自抗扰控制器及其PID控制 209 6.1 非线性跟踪微分器 209 6.1.1 微分器描述 209 6.1.2 仿真实例 209 6.2 安排过渡过程及PID控制 214 6.2.1 安排过渡过程 214 6.2.2 仿真实例 214 6.3 基于非线性扩张观测器的PID控制 220 6.3.1 系统描述 220 6.3.2 非线性扩张观测器 220 6.3.3 仿真实例 221 6.4 非线性PID控制 233 6.4.1 非线性PID控制算法 233 6.4.2 仿真实例 234 6.5 自抗扰控制 236 6.5.1 自抗扰控制结构 236 6.5.2 仿真实例 237 参考文献 246 第7章 PD鲁棒自适应控制 247 7.1 稳定的PD控制算法 247 7.1.1 问题的提出 247 7.1.2 PD控制律的设计 247 7.1.3 仿真实例 248 7.2 基于模型的PI鲁棒控制 251 7.2.1 问题的提出 251 7.2.2 PD控制律的设计 251 7.2.3 稳定性分析 252 7.2.4 仿真实例 252 7.3 基于名义模型的机械手PI鲁棒控制 256 7.3.1 问题的提出 256 7.3.2 鲁棒控制律的设计 257 7.3.3 稳定性分析 257 7.3.4 仿真实例 258 7.4 基于Anti-windup的PID控制 266 7.4.1 Anti-windup基本原理 266 7.4.2 基于Anti-windup的PID控制 266 7.4.3 仿真实例 267 7.5 基于PD增益自适应调节的模型参考自适应控制 271 7.5.1 问题描述 271 7.5.2 控制律的设计与分析 271 7.5.3 仿真实例 272 参考文献 280 第8章 模糊PD控制和专家PID控制 281 8.1 倒立摆稳定的PD控制 281 8.1.1 系统描述 281 8.1.2 控制律设计 281 8.1.3 仿真实例 282 8.2 基于自适应模糊补偿的倒立摆PD控制 285 8.2.1 问题描述 285 8.2.2 自适应模糊控制器设计与分析 286 8.2.3 稳定性分析 287 8.2.4 仿真实例 288 8.3 基于模糊规则表的模糊PD控制 295 8.3.1 基本原理 295 8.3.2 仿真实例 296 8.4 模糊自适应整定PID控制 299 8.4.1 模糊自适应整定PID控制原理 299 8.4.2 仿真实例 301 8.5 专家PID控制 307 8.5.1 专家PID控制原理 307 8.5.2 仿真实例 308 参考文献 310 第9章 神经网络PID控制 311 9.1 基于单神经元网络的PID智能控制 311 9.1.1 几种典型的学习规则 311 9.1.2 单神经元自适应PID控制 311 9.1.3 改进的单神经元自适应PID控制 312 9.1.4 仿真实例 313 9.2 基于二次型性能指标学习算法的单神经元自适应PID控制 316 9.2.1 控制律的设计 316 9.2.2 仿真实例 317 9.3 基于自适应神经网络补偿的PD控制 320 9.3.1 问题描述 320 9.3.2 自适应神经网络设计与分析 321 9.3.3 仿真实例 323 参考文献 328 第10章 基于差分进化的PID控制 329 10.1 差分进化算法的基本原理 329 10.1.1 差分进化算法的提出 329 10.1.2 标准差分进化算法 329 10.1.3 差分进化算法的基本流程 330 10.1.4 差分进化算法的参数设置 331 10.2 基于差分进化算法的函数优化 332 10.3 基于差分进化整定的PD控制 335 10.3.1 基本原理 336 10.3.2 基于差分进化的PD整定 336 10.4 基于摩擦模型辨识和补偿的PD控制 340 10.4.1 摩擦模型的在线参数辨识 340 10.4.2 仿真实例 341 10.5 基于最优轨迹规划的PID控制 345 10.5.1 问题的提出 345 10.5.2 一个简单的样条插值实例 345 10.5.3 最优轨迹的设计 347 10.5.4 最优轨迹的优化 347 10.5.5 仿真实例 348 参考文献 354 第11章 伺服系统PID控制 355 11.1 基于Lugre摩擦模型的PID控制 355 11.1.1 伺服系统的摩擦现象 355 11.1.2 伺服系统的LuGre摩擦模型 355 11.1.3 仿真实例 356 11.2 基于Stribeck摩擦模型的PID控制 358 11.2.1 Stribeck摩擦模型描述 358 11.2.2 一个典型伺服系统描述 359 11.2.3 仿真实例 359 11.3 伺服系统三环的PID控制 367 11.3.1 伺服系统三环的PID控制原理 367 11.3.2 仿真实例 368 11.4 二质量伺服系统的PID控制 371 11.4.1 二质量伺服系统的PID控制原理 371 11.4.2 仿真实例 372 11.5 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制 375 11.5.1 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制原理 375 11.5.2 仿真实例 376 参考文献 377 第12章 迭代学习PID控制 378 12.1 迭代学习控制方法介绍 378 12.2 迭代学习控制基本原理 378 12.3 基本的迭代学习控制算法 379 12.4 基于PID型的迭代学习控制 379 12.4.1 系统描述 379 12.4.2 控制器设计 379 12.4.3 仿真实例 380 参考文献 385 第13章 挠性及奇异摄动系统的PD控制 386 13.1 基于输入成型的挠性机械系统PD控制 386 13.1.1 系统描述 386 13.1.2 控制器设计 386 13.1.3 输入成型器基本原理 386 13.1.4 仿真实例 388 13.2 基于奇异摄动理论的P控制 393 13.2.1 问题描述 394 13.2.2 模型分解 394 13.2.3 控制律设计 394 13.2.4 仿真实例 395 13.3 柔性机械臂的偏微分方程动力学建模 398 13.3.1 柔性机械臂的控制问题 398 13.3.2 柔性机械臂的偏微分方程建模 398 13.4 柔性机械臂分布式参数边界控制 402 13.4.1 模型描述 402 13.4.2 边界PD控制律设计 403 13.4.3 仿真实例 405 参考文献 412 第14章 机械手PID控制 413 14.1 机械手独立PD控制 413 14.1.1 控制律设计 413 14.1.2 收敛性分析 413 14.1.3 仿真实例 413 14.2 工作空间中机械手末端轨迹PD控制 417 14.2.1 工作空间直角坐标与关节角位置的转换 418 14.2.2 机械手在工作空间的建模 419 14.2.3 PD控制器的设计 419 14.2.4 仿真实例 420 14.3 工作空间中机械手末端的阻抗PD控制 426 14.3.1 问题的提出 426 14.3.2 阻抗模型的建立 427 14.3.3 控制器的设计 428 14.3.4 仿真实例 428 14.4 移动机器人的P+前馈控制 438 14.4.1 移动机器人运动学模型 439 14.4.2 位置控制律设计 439 14.4.3 姿态控制律设计 440 14.4.4 闭环系统的设计关键 441 14.4.5 仿真实例 441 参考文献 448 第15章 飞行器双闭环PD控制 450 15.1 基于双环设计的VTOL飞行器轨迹跟踪PD控制 450 15.1.1 VTOL模型描述 450 15.1.2 针对第一个子系统的控制 451 15.1.3 针对第二个子系统的控制 452 15.1.4 仿真实例 452 15.2 基于内外环的四旋翼飞行器的PD控制 459 15.2.1 四旋翼飞行器动力学模型 459 15.2.2 位置控制律设计 460 15.2.3 虚拟姿态角度的求解 461 15.2.4 姿态控制律设计 462 15.2.5 闭环系统的设计关键 463 15.2.6 仿真实例 464 参考文献 473 第16章 小车倒立摆系统的控制及GUI动画演示 474 16.1 小车倒立摆的H∞控制 474 16.1.1 系统描述 474 16.1.2 H∞控制器要求 475 16.1.3 基于Riccati方程的H∞控制 475 16.1.4 LMI及其MATLAB求解 476 16.1.5 基于LMI的H∞控制 477 16.1.6 仿真实例 477 16.2 单级倒立摆控制系统的GUI动画演示 485 16.2.1 GUI介绍 485 16.2.2 演示程序的构成 485 16.2.3 主程序的实现 485 16.2.4 演示界面的GUI设计 486 16.2.5 演示步骤 486 参考文献 488 第17章 其他控制方法的设计与仿真 489 17.1 单级倒立摆建模 489 17.2 倒立摆PD控制 490 17.2.1 系统描述 490 17.2.2 仿真实例 491 17.3 小车倒立摆的全状态反馈控制 494 17.3.1 系统描述 494 17.3.2 全状态反馈控制 494 17.3.3 仿真实例 495 17.4 输入/输出反馈线性化 503 17.4.1 系统描述 503 17.4.2 控制律设计 503 17.4.3 仿真实例 504 17.5 倒立摆反演控制 507 17.5.1 系统描述 508 17.5.2 控制律设计 508 17.5.3 仿真实例 509 17.6 倒立摆滑模控制 512 17.6.1 问题描述 512 17.6.2 控制律设计 512 17.6.3 仿真实例 513 17.7 自适应鲁棒滑模控制 518 17.7.1 问题的提出 518 17.7.2 自适应控制律的设计 518 17.7.3 仿真实例 519 参考文献 526

《先进PID控制MATLAB仿真（第4版）》内容详尽解读 《先进PID控制MATLAB仿真（第4版）》是一部专注于PID（比例-积分-微分）控制器在现代控制工程中应用与实现的深度著作。本书不仅对PID控制的基本理论进行了系统而全面的梳理，更将目光聚焦于如何结合先进的控制策略与MATLAB仿真技术，来解决实际工程中更为复杂和严峻的控制难题。全书内容结构清晰，逻辑严谨，循序渐进，旨在为读者提供一套完整且实用的PID控制设计、分析与实现工具箱。 第一部分：PID控制理论基石与进阶 本书的开篇部分，将读者带回到PID控制的核心。尽管PID控制看似基础，但其理论的深刻理解对于后续的进阶应用至关重要。 PID控制器基础回顾： 这一章节首先会从PID控制器的工作原理出发，详细阐述比例（P）、积分（I）和微分（D）项各自在系统响应中的作用，以及它们如何协同工作以实现对系统误差的修正。读者将了解到P控制的即时响应能力、I控制对稳态误差的消除机制，以及D控制对系统超调和震荡的抑制作用。本书会用清晰的数学模型和图示来解释这些概念，确保理论的直观理解。 经典PID控制器设计方法： 在此基础上，本书将深入探讨几种经典的PID控制器参数整定方法。这包括但不限于： 经验整定法： 如 Ziegler-Nichols 方法，通过系统的开环响应特性来估计PID参数。本书会详细分析这些方法的原理、适用范围以及局限性。 临界比例度法： 另一种基于系统稳定性边界的整定方法，同样会进行深入的理论讲解与实例演示。 基于模型的方法： 涉及利用系统模型来推导PID参数，例如，基于传递函数或状态空间模型的参数整定，这部分内容将为后续的先进控制打下基础。 PID控制器的局限性与改进需求： 尽管经典PID控制器在许多场合表现出色，但其固有的局限性也日益凸显。本书会客观地分析这些局限，例如： 对系统非线性的敏感性： 经典PID参数通常在特定工作点最优，当系统发生大幅度非线性变化时，性能会显著下降。 对扰动的鲁棒性不足： 在面对外部扰动或模型参数变化时，经典PID的适应性有限。 积分饱和问题： 长期较大的积分环节累积误差可能导致输出饱和，影响控制效果。 微分的噪声放大问题： 微分项对输入信号的噪声非常敏感，容易导致控制器输出的剧烈波动。 本书将围绕这些挑战，自然地引出对PID控制进行“先进”化处理的必要性。 第二部分：先进PID控制策略与技术 本书的核心内容在于“先进”二字，这部分将聚焦于各种创新性的PID控制策略，以及如何利用MATLAB强大的仿真功能来实现这些策略。 模糊PID控制： 模糊逻辑控制与PID控制的结合，能够有效地处理系统的非线性和参数不确定性。本书将详细介绍： 模糊化、模糊推理和解模糊的原理： 如何将传感器测量值和误差信号转化为模糊语言变量，如何建立模糊规则库，以及如何将模糊输出转化为精确控制信号。 模糊PID控制器的结构设计： 介绍如何利用模糊逻辑自适应地调整PID的P、I、D参数，或者直接实现一个基于模糊规则的控制器。 MATLAB实现： 提供具体的MATLAB代码示例，演示如何构建模糊PID控制器，进行仿真分析，并与传统PID进行对比。 神经网络PID控制： 神经网络强大的学习和逼近能力，为PID控制器的自适应和优化提供了新的途径。本书将探讨： 神经网络的结构与学习算法： 介绍常用的神经网络模型（如BP网络），以及如何训练神经网络来估计系统模型或直接作为控制器。 自适应神经网络PID控制器： 如何利用神经网络在线学习和调整PID参数，以应对系统动态特性的变化。 MATLAB仿真实现： 展示如何使用MATLAB的神经网络工具箱来设计和实现神经网络PID控制器，并进行性能评估。 模型预测控制（MPC）与PID结合： MPC以其对系统模型的依赖和对未来多步的预测能力，在复杂系统的控制中展现出优越性。本书将探讨如何将MPC的思想与PID相结合： MPC的基本原理： 介绍MPC的核心概念，包括滚动优化、预测模型和控制指令序列。 MPC与PID的协同： 探讨如何利用MPC实现整体的优化控制，并辅以PID进行局部精细调整，或者将PID控制器嵌入到MPC的子系统设计中。 MATLAB/Simulink MPC设计： 利用MATLAB的Model Predictive Control Toolbox，演示MPC控制器的设计与仿真。 鲁棒PID控制： 针对模型不确定性和外部扰动，鲁棒控制理论提供了保证系统稳定性和性能的解决方案。本书将介绍： H-infinity (H∞) 控制与PID： 如何设计H∞控制器以最小化系统对扰动的敏感性，以及如何将其与PID结构相结合。 μ-Synthesis方法： 介绍用于处理不确定性的更先进的鲁棒控制技术。 MATLAB Robust Control Toolbox的应用： 演示如何利用MATLAB的工具箱来设计鲁棒PID控制器。 自抗扰控制（ADRC）与PID： ADRC作为一种非模型类控制方法，在处理强耦合、时滞和非线性系统方面具有显著优势。本书将深入探讨： ADRC的核心组件： 详细介绍跟踪微分器（TD）、扩张状态观测器（ESO）和总扰动估计（CD）。 ADRC与PID的融合： 探讨如何将ADRC的思想应用于PID控制器的改进，例如，利用ESO来估计和补偿扰动，从而增强PID的鲁棒性。 MATLAB/Simulink ADRC实现： 提供ADRC控制器在MATLAB/Simulink中的实现案例。 变结构控制（VSC）与PID： VSC以其对扰动的强鲁棒性和快速响应能力而闻名。本书将介绍： 滑模控制的基本原理： 阐述滑模面的设计、切换律的选择以及对不确定性的鲁棒性。 基于滑模的PID控制器设计： 如何利用滑模思想来增强PID控制器的稳定性和抗扰性能。 MATLAB仿真验证： 通过仿真演示滑模PID控制器的实际效果。 第三部分：MATLAB仿真平台与实践应用 本书的另一大特色是其对MATLAB仿真平台的深度利用。从理论的实现到实际的应用，MATLAB都将扮演至关重要的角色。 MATLAB/Simulink环境介绍： 简要介绍MATLAB和Simulink的基本操作界面、常用工具箱，为读者快速上手提供指引。 PID控制器设计与调优的MATLAB工具： Control System Toolbox： 详细介绍该工具箱中用于系统建模、分析（如根轨迹、Bode图、Nyquist图）、PID控制器设计（如pidTuner、pidtune函数）和仿真（lsim、step、impulse函数）的命令和功能。 Simulink模型搭建： 演示如何在Simulink中快速搭建被控对象模型、PID控制器模块，并进行仿真。 自动调参工具的应用： 介绍MATLAB中提供的自动PID参数整定工具，以及如何分析其输出结果。 先进PID控制器在MATLAB中的实现： 针对第二部分介绍的各种先进PID控制策略，本书将提供详细的MATLAB代码片段和Simulink模型搭建指南。这包括： 模糊逻辑工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）的使用： 如何创建模糊推理系统（FIS），定义隶属度函数，编写模糊规则，并将其集成到Simulink模型中。 神经网络工具箱（Neural Network Toolbox）的应用： 如何创建、训练和部署神经网络用于PID控制。 Model Predictive Control Toolbox的运用： 如何构建MPC控制器，定义模型、预测时域和控制时域，并进行仿真。 Robust Control Toolbox的实践： 如何利用该工具箱设计和分析鲁棒控制器。 工程化应用案例分析： 本书将选取一系列典型的工程应用领域，例如： 伺服系统控制： 如电机速度控制、位置控制。 过程控制： 如温度控制、流量控制、液位控制。 机器人控制： 如关节控制、路径跟踪。 航空航天与汽车控制： 飞机姿态控制、车辆巡航控制等。 针对这些案例，本书将详细展示如何根据实际系统的特点，选择合适的先进PID控制策略，利用MATLAB进行建模、设计、仿真和验证。每个案例都会涵盖从系统分析、控制器设计到仿真结果解读的全过程，并深入分析不同控制策略在具体应用中的优劣。 仿真结果分析与性能评估： 除了展示控制器的实现，本书还将重点指导读者如何对仿真结果进行科学的分析和评估。这包括： 时域性能指标： 如超调量、调节时间、稳态误差、上升时间等。 频域性能指标： 如幅值裕度、相角裕度、带宽等。 鲁棒性评估： 如何通过改变系统参数或引入扰动来评估控制器的鲁棒性。 多性能指标的权衡： 在实际应用中，通常需要在响应速度、稳态精度、抗扰能力、鲁棒性以及控制能量消耗等多个指标之间进行权衡，本书将提供这方面的指导。 代码优化与效率提升： 对于大型仿真或实时应用，代码的效率至关重要。本书会提供一些关于优化MATLAB代码，提高仿真速度的技巧和建议。 《先进PID控制MATLAB仿真（第4版）》不仅仅是一本理论书籍，更是一本实操手册。它以系统性的理论阐述为基础，以先进的控制思想为核心，以强大的MATLAB仿真平台为载体，为读者提供了一条从理论走向实践的清晰路径。通过本书的学习，读者将能够深刻理解PID控制的精髓，掌握各种先进的PID控制技术，并能够熟练运用MATLAB工具解决实际工程中的复杂控制问题，从而在自动化、机器人、航空航天、过程控制等众多领域提升自己的工程能力。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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