先進PID控製MATLAB仿真（第4版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

劉金琨 著

圖書標籤:

• PID控製
• MATLAB
• 仿真
• 控製係統
• 自動控製
• 算法
• 第四版
• 工程
• 數學
• 模型
• 優化

店鋪： 電子工業齣版社官方旗艦店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121288463

商品編碼：29509846912

包裝：平塑

開本：16

齣版時間：2016-06-01

內容介紹

讀者對象：

    本書適用於從事生産過程自動化、計算機應用、機械電子和電氣自動化領域工作的工程技術人員閱讀，也可作為大專院校工業自動化、自動控製、機械電子、自動化儀錶、計算機應用等專業的教學參考書。

目    錄

第1章  基本的PID控製    1

1.1  PID控製原理    1

1.2  連續係統的模擬PID仿真    2

1.2.1  基本的PID控製    2

1.2.2  綫性時變係統的PID控製    8

1.3  數字PID控製    12

1.3.1  位置式PID控製算法    12

1.3.2  連續係統的數字PID控製仿真    13

1.3.3  離散係統的數字PID控製仿真    18

1.3.4  增量式PID控製算法及仿真    25

1.3.5  積分分離PID控製算法及仿真    26

1.3.6  抗積分飽和PID控製算法及仿真    31

1.3.7  梯形積分PID控製算法    34

1.3.8  變速積分PID算法及仿真    34

1.3.9  帶濾波器的PID控製仿真    38

1.3.10  不完全微分PID控製算法及仿真    44

1.3.11  微分先行PID控製算法及仿真    48

1.3.12  帶死區的PID控製算法及仿真    51

1.3.13  基於前饋補償的PID控製算法及仿真    55

1.3.14  步進式PID控製算法及仿真    57

1.3.15  PID控製的方波響應    60

1.3.16  基於卡爾曼濾波器的PID控製    62

1.4  S函數介紹    71

1.4.1  S函數簡介    71

1.4.2  S函數使用步驟    72

1.4.3  S函數的基本功能及重要參數設定    72

1.4.4  實例說明    72

1.5  PID研究新進展    73

參考文獻    73

第2章  PID控製器的整定    75

2.1  概述    75

2.2  基於響應麯綫法的PID整定    75

2.2.1  基本原理    75

2.2.2  仿真實例    76

2.3  基於Ziegler-Nichols的頻域響應PID整定    79

2.3.1  連續Ziegler-Nichols方法的PID整定    79

2.3.2  仿真實例    80

2.3.3  離散Ziegler-Nichols方法的PID整定    83

2.3.4  仿真實例    83

2.4  基於頻域分析的PD整定    87

2.4.1  基本原理    87

2.4.2  仿真實例    87

2.5  基於相位裕度整定的PI控製    89

2.5.1  基本原理    89

2.5.2  仿真實例    92

2.6  基於極點配置的穩定PD控製    94

2.6.1  基本原理    94

2.6.2  仿真實例    95

2.7  基於臨界比例度法的PID整定    97

2.7.1  基本原理    97

2.7.2  仿真實例    98

2.8  一類非綫性整定的PID控製    100

2.8.1  基本原理    100

2.8.2  仿真實例    102

2.9  基於優化函數的PID整定    104

2.9.1  基本原理    104

2.9.2  仿真實例    104

2.10  基於NCD優化的PID整定    106

2.10.1  基本原理    106

2.10.2  仿真實例    106

2.11  基於NCD與優化函數結閤的PID整定    109

2.11.1  基本原理    109

2.11.2  仿真實例    110

2.12  傳遞函數的頻域測試    111

2.12.1  基本原理    111

2.12.2  仿真實例    112

參考文獻    115

第3章  時滯係統的PID控製    116

3.1  單迴路PID控製係統    116

3.2  串級PID控製    116

3.2.1  串級PID控製原理    116

3.2.2  仿真實例    117

3.3  純滯後係統的大林控製算法    121

3.3.1  大林控製算法原理    121

3.3.2  仿真實例    121

3.4  純滯後係統的Smith控製算法    123

3.4.1  連續Smith預估控製    123

3.4.2  仿真實例    125

3.4.3  數字Smith預估控製    127

3.4.4  仿真實例    128

參考文獻    133

第4章  基於微分器的PID控製    134

4.1  基於全程快速微分器的PD控製    134

4.1.1  全程快速微分器    134

4.1.2  仿真實例    134

4.2  基於Levant微分器的PID控製    143

4.2.1  Levant微分器    143

4.2.2  仿真實例    144

參考文獻    155

第5章  基於觀測器的PID控製    156

5.1  基於慢乾擾觀測器補償的PID控製    156

5.1.1  係統描述    156

5.1.2  觀測器設計    156

5.1.3  仿真實例    157

5.2  基於指數收斂乾擾觀測器的PID控製    162

5.2.1  係統描述    163

5.2.2  指數收斂乾擾觀測器的問題提齣    163

5.2.3  指數收斂乾擾觀測器的設計    163

5.2.4  PID控製器的設計及分析    164

5.2.5  仿真實例    164

5.3  基於名義模型乾擾觀測器的PID控製    171

5.3.1  乾擾觀測器基本原理    171

5.3.2  乾擾觀測器的性能分析    172

5.3.3  乾擾觀測器魯棒穩定性    173

5.3.4  低通濾波器Q(s)的設計    175

5.3.5  仿真實例    176

5.4  基於擴張觀測器的PID控製    181

5.4.1  擴張觀測器的設計    181

5.4.2  擴張觀測器的分析    181

5.4.3  仿真實例    184

5.5  基於輸齣延遲觀測器的PID控製    198

5.5.1  係統描述    198

5.5.2  輸齣延遲觀測器的設計    198

5.5.3  仿真實例    199

參考文獻    208

第6章  自抗擾控製器及其PID控製    209

6.1  非綫性跟蹤微分器    209

6.1.1  微分器描述    209

6.1.2  仿真實例    209

6.2  安排過渡過程及PID控製    214

6.2.1  安排過渡過程    214

6.2.2  仿真實例    214

6.3  基於非綫性擴張觀測器的PID控製    220

6.3.1  係統描述    220

6.3.2  非綫性擴張觀測器    220

6.3.3  仿真實例    221

6.4  非綫性PID控製    233

6.4.1  非綫性PID控製算法    233

6.4.2  仿真實例    234

6.5  自抗擾控製    236

6.5.1  自抗擾控製結構    236

6.5.2  仿真實例    237

參考文獻    246

第7章  PD魯棒自適應控製    247

7.1  穩定的PD控製算法    247

7.1.1  問題的提齣    247

7.1.2  PD控製律的設計    247

7.1.3  仿真實例    248

7.2  基於模型的PI魯棒控製    251

7.2.1  問題的提齣    251

7.2.2  PD控製律的設計    251

7.2.3  穩定性分析    252

7.2.4  仿真實例    252

7.3  基於名義模型的機械手PI魯棒控製    256

7.3.1  問題的提齣    256

7.3.2  魯棒控製律的設計    257

7.3.3  穩定性分析    257

7.3.4  仿真實例    258

7.4  基於Anti-windup的PID控製    266

7.4.1  Anti-windup基本原理    266

7.4.2  基於Anti-windup的PID控製    266

7.4.3  仿真實例    267

7.5  基於PD增益自適應調節的模型參考自適應控製    271

7.5.1  問題描述    271

7.5.2  控製律的設計與分析    271

7.5.3  仿真實例    272

參考文獻    280

第8章  模糊PD控製和專傢PID控製    281

8.1  倒立擺穩定的PD控製    281

8.1.1  係統描述    281

8.1.2  控製律設計    281

8.1.3  仿真實例    282

8.2  基於自適應模糊補償的倒立擺PD控製    285

8.2.1  問題描述    285

8.2.2  自適應模糊控製器設計與分析    286

8.2.3  穩定性分析    287

8.2.4  仿真實例    288

8.3  基於模糊規則錶的模糊PD控製    295

8.3.1  基本原理    295

8.3.2  仿真實例    296

8.4  模糊自適應整定PID控製    299

8.4.1  模糊自適應整定PID控製原理    299

8.4.2  仿真實例    301

8.5  專傢PID控製    307

8.5.1  專傢PID控製原理    307

8.5.2  仿真實例    308

參考文獻    310

第9章  神經網絡PID控製    311

9.1  基於單神經元網絡的PID智能控製    311

9.1.1  幾種典型的學習規則    311

9.1.2  單神經元自適應PID控製    311

9.1.3  改進的單神經元自適應PID控製    312

9.1.4  仿真實例    313

9.2  基於二次型性能指標學習算法的單神經元自適應PID控製    316

9.2.1  控製律的設計    316

9.2.2  仿真實例    317

9.3  基於自適應神經網絡補償的PD控製    320

9.3.1  問題描述    320

9.3.2  自適應神經網絡設計與分析    321

9.3.3  仿真實例    323

參考文獻    328

第10章  基於差分進化的PID控製    329

10.1  差分進化算法的基本原理    329

10.1.1  差分進化算法的提齣    329

10.1.2  標準差分進化算法    329

10.1.3  差分進化算法的基本流程    330

10.1.4  差分進化算法的參數設置    331

10.2  基於差分進化算法的函數優化    332

10.3  基於差分進化整定的PD控製    335

10.3.1  基本原理    336

10.3.2  基於差分進化的PD整定    336

10.4  基於摩擦模型辨識和補償的PD控製    340

10.4.1  摩擦模型的在綫參數辨識    340

10.4.2  仿真實例    341

10.5  基於最優軌跡規劃的PID控製    345

10.5.1  問題的提齣    345

 

內容介紹：

   全書共分17章，包括基本的PID控製、PID控製器的整定、時滯係統PID控製、基於微分器的PID控製、基於觀測器的PID控製、自抗擾控製器及其PID控製、PD魯棒自適應控製、專傢PID控製和模糊PD控製、神經網絡PID控製、基於差分進化的PID控製、伺服係統PID控製、迭代學習PID控製、撓性及奇異攝動係統的PD控製、機械手PID控製、飛行器雙閉環PD控製、倒立擺係統的控製及GUI動畫演示，以及其他控製方法的設計。每種方法都給齣瞭算法推導、實例分析和相應的MATLAB仿真設計程序。

作者介紹：

 

劉金琨 遼寜人，1965年生。分彆於1989年7月，1994年3月和1997年3月獲東北大學工學學士、工學碩士和工學博士學位。1997年3月至1998年12月在浙江大學工業控製技術研究所做博士後研究工作。1999年1月至1999年7月在香港科技大學從事閤作研究。1999年11月至今在北京航空航天大學自動化學院從事教學與科研工作，現任教授，博士導師。主講《智能控製》、《先進控製係統設計》和《係統辨識》等課程。研究方嚮為控製理論與應用。自從從事研究工作以來，主持國傢自然基金等科研項目10餘項，以第一作者發錶學術論文100餘篇。曾齣版《智能控製》、《機器人控製係統的設計與Matlab仿真》、《滑模變結構控製Matlab仿真》、《RBF神經網絡自適應控製Matlab仿真》、《係統辨識》和《微分器設計與應用—信號濾波與求導》等著作。

作者介紹
劉金琨 遼寜人，1965年生。分彆於1989年7月，1994年3月和1997年3月獲東北大學工學學士、工學碩士和工學博士學位。1997年3月至1998年12月在浙江大學工業控製技術研究所做博士後研究工作。1999年1月至1999年7月在香港科技大學從事閤作研究。1999年11月至今在北京航空航天大學自動化學院從事教學與科研工作，現任教授，博士導師。主講《智能控製》、《先進控製係統設計》和《係統辨識》等課程。研究方嚮為控製理論與應用。自從從事研究工作以來，主持國傢自然基金等科研項目10餘項，以第一作者發錶學術論文100餘篇。曾齣版《智能控製》、《機器人控製係統的設計與Matlab仿真》、《滑模變結構控製Matlab仿真》、《RBF神經網絡自適應控製Matlab仿真》、《係統辨識》和《微分器設計與應用—信號濾波與求導》等著作。

關聯推薦
本書適用於從事生産過程自動化、計算機應用、機械電子和電氣自動化領域工作的工程技術人員閱讀，也可作為大專院校工業自動化、自動控製、機械電子、自動化儀錶、計算機應用等專業的教學參考書。
目錄
目 錄 第1章 基本的PID控製 1 1.1 PID控製原理 1 1.2 連續係統的模擬PID仿真 2 1.2.1 基本的PID控製 2 1.2.2 綫性時變係統的PID控製 8 1.3 數字PID控製 12 1.3.1 位置式PID控製算法 12 1.3.2 連續係統的數字PID控製仿真 13 1.3.3 離散係統的數字PID控製仿真 18 1.3.4 增量式PID控製算法及仿真 25 1.3.5 積分分離PID控製算法及仿真 26 1.3.6 抗積分飽和PID控製算法及仿真 31 1.3.7 梯形積分PID控製算法 34 1.3.8 變速積分PID算法及仿真 34 1.3.9 帶濾波器的PID控製仿真 38 1.3.10 不完全微分PID控製算法及仿真 44 1.3.11 微分先行PID控製算法及仿真 48 1.3.12 帶死區的PID控製算法及仿真 51 1.3.13 基於前饋補償的PID控製算法及仿真 55 1.3.14 步進式PID控製算法及仿真 57 1.3.15 PID控製的方波響應 60 1.3.16 基於卡爾曼濾波器的PID控製 62 1.4 S函數介紹 71 1.4.1 S函數簡介 71 1.4.2 S函數使用步驟 72 1.4.3 S函數的基本功能及重要參數設定 72 1.4.4 實例說明 72 1.5 PID研究新進展 73 參考文獻 73 第2章 PID控製器的整定 75 2.1 概述 75 2.2 基於響應麯綫法的PID整定 75 2.2.1 基本原理 75 2.2.2 仿真實例 76 2.3 基於Ziegler-Nichols的頻域響應PID整定 79 2.3.1 連續Ziegler-Nichols方法的PID整定 79 2.3.2 仿真實例 80 2.3.3 離散Ziegler-Nichols方法的PID整定 83 2.3.4 仿真實例 83 2.4 基於頻域分析的PD整定 87 2.4.1 基本原理 87 2.4.2 仿真實例 87 2.5 基於相位裕度整定的PI控製 89 2.5.1 基本原理 89 2.5.2 仿真實例 92 2.6 基於極點配置的穩定PD控製 94 2.6.1 基本原理 94 2.6.2 仿真實例 95 2.7 基於臨界比例度法的PID整定 97 2.7.1 基本原理 97 2.7.2 仿真實例 98 2.8 一類非綫性整定的PID控製 100 2.8.1 基本原理 100 2.8.2 仿真實例 102 2.9 基於優化函數的PID整定 104 2.9.1 基本原理 104 2.9.2 仿真實例 104 2.10 基於NCD優化的PID整定 106 2.10.1 基本原理 106 2.10.2 仿真實例 106 2.11 基於NCD與優化函數結閤的PID整定 109 2.11.1 基本原理 109 2.11.2 仿真實例 110 2.12 傳遞函數的頻域測試 111 2.12.1 基本原理 111 2.12.2 仿真實例 112 參考文獻 115 第3章 時滯係統的PID控製 116 3.1 單迴路PID控製係統 116 3.2 串級PID控製 116 3.2.1 串級PID控製原理 116 3.2.2 仿真實例 117 3.3 純滯後係統的大林控製算法 121 3.3.1 大林控製算法原理 121 3.3.2 仿真實例 121 3.4 純滯後係統的Smith控製算法 123 3.4.1 連續Smith預估控製 123 3.4.2 仿真實例 125 3.4.3 數字Smith預估控製 127 3.4.4 仿真實例 128 參考文獻 133 第4章 基於微分器的PID控製 134 4.1 基於全程快速微分器的PD控製 134 4.1.1 全程快速微分器 134 4.1.2 仿真實例 134 4.2 基於Levant微分器的PID控製 143 4.2.1 Levant微分器 143 4.2.2 仿真實例 144 參考文獻 155 第5章 基於觀測器的PID控製 156 5.1 基於慢乾擾觀測器補償的PID控製 156 5.1.1 係統描述 156 5.1.2 觀測器設計 156 5.1.3 仿真實例 157 5.2 基於指數收斂乾擾觀測器的PID控製 162 5.2.1 係統描述 163 5.2.2 指數收斂乾擾觀測器的問題提齣 163 5.2.3 指數收斂乾擾觀測器的設計 163 5.2.4 PID控製器的設計及分析 164 5.2.5 仿真實例 164 5.3 基於名義模型乾擾觀測器的PID控製 171 5.3.1 乾擾觀測器基本原理 171 5.3.2 乾擾觀測器的性能分析 172 5.3.3 乾擾觀測器魯棒穩定性 173 5.3.4 低通濾波器Q(s)的設計 175 5.3.5 仿真實例 176 5.4 基於擴張觀測器的PID控製 181 5.4.1 擴張觀測器的設計 181 5.4.2 擴張觀測器的分析 181 5.4.3 仿真實例 184 5.5 基於輸齣延遲觀測器的PID控製 198 5.5.1 係統描述 198 5.5.2 輸齣延遲觀測器的設計 198 5.5.3 仿真實例 199 參考文獻 208 第6章 自抗擾控製器及其PID控製 209 6.1 非綫性跟蹤微分器 209 6.1.1 微分器描述 209 6.1.2 仿真實例 209 6.2 安排過渡過程及PID控製 214 6.2.1 安排過渡過程 214 6.2.2 仿真實例 214 6.3 基於非綫性擴張觀測器的PID控製 220 6.3.1 係統描述 220 6.3.2 非綫性擴張觀測器 220 6.3.3 仿真實例 221 6.4 非綫性PID控製 233 6.4.1 非綫性PID控製算法 233 6.4.2 仿真實例 234 6.5 自抗擾控製 236 6.5.1 自抗擾控製結構 236 6.5.2 仿真實例 237 參考文獻 246 第7章 PD魯棒自適應控製 247 7.1 穩定的PD控製算法 247 7.1.1 問題的提齣 247 7.1.2 PD控製律的設計 247 7.1.3 仿真實例 248 7.2 基於模型的PI魯棒控製 251 7.2.1 問題的提齣 251 7.2.2 PD控製律的設計 251 7.2.3 穩定性分析 252 7.2.4 仿真實例 252 7.3 基於名義模型的機械手PI魯棒控製 256 7.3.1 問題的提齣 256 7.3.2 魯棒控製律的設計 257 7.3.3 穩定性分析 257 7.3.4 仿真實例 258 7.4 基於Anti-windup的PID控製 266 7.4.1 Anti-windup基本原理 266 7.4.2 基於Anti-windup的PID控製 266 7.4.3 仿真實例 267 7.5 基於PD增益自適應調節的模型參考自適應控製 271 7.5.1 問題描述 271 7.5.2 控製律的設計與分析 271 7.5.3 仿真實例 272 參考文獻 280 第8章 模糊PD控製和專傢PID控製 281 8.1 倒立擺穩定的PD控製 281 8.1.1 係統描述 281 8.1.2 控製律設計 281 8.1.3 仿真實例 282 8.2 基於自適應模糊補償的倒立擺PD控製 285 8.2.1 問題描述 285 8.2.2 自適應模糊控製器設計與分析 286 8.2.3 穩定性分析 287 8.2.4 仿真實例 288 8.3 基於模糊規則錶的模糊PD控製 295 8.3.1 基本原理 295 8.3.2 仿真實例 296 8.4 模糊自適應整定PID控製 299 8.4.1 模糊自適應整定PID控製原理 299 8.4.2 仿真實例 301 8.5 專傢PID控製 307 8.5.1 專傢PID控製原理 307 8.5.2 仿真實例 308 參考文獻 310 第9章 神經網絡PID控製 311 9.1 基於單神經元網絡的PID智能控製 311 9.1.1 幾種典型的學習規則 311 9.1.2 單神經元自適應PID控製 311 9.1.3 改進的單神經元自適應PID控製 312 9.1.4 仿真實例 313 9.2 基於二次型性能指標學習算法的單神經元自適應PID控製 316 9.2.1 控製律的設計 316 9.2.2 仿真實例 317 9.3 基於自適應神經網絡補償的PD控製 320 9.3.1 問題描述 320 9.3.2 自適應神經網絡設計與分析 321 9.3.3 仿真實例 323 參考文獻 328 第10章 基於差分進化的PID控製 329 10.1 差分進化算法的基本原理 329 10.1.1 差分進化算法的提齣 329 10.1.2 標準差分進化算法 329 10.1.3 差分進化算法的基本流程 330 10.1.4 差分進化算法的參數設置 331 10.2 基於差分進化算法的函數優化 332 10.3 基於差分進化整定的PD控製 335 10.3.1 基本原理 336 10.3.2 基於差分進化的PD整定 336 10.4 基於摩擦模型辨識和補償的PD控製 340 10.4.1 摩擦模型的在綫參數辨識 340 10.4.2 仿真實例 341 10.5 基於最優軌跡規劃的PID控製 345 10.5.1 問題的提齣 345 10.5.2 一個簡單的樣條插值實例 345 10.5.3 最優軌跡的設計 347 10.5.4 最優軌跡的優化 347 10.5.5 仿真實例 348 參考文獻 354 第11章 伺服係統PID控製 355 11.1 基於Lugre摩擦模型的PID控製 355 11.1.1 伺服係統的摩擦現象 355 11.1.2 伺服係統的LuGre摩擦模型 355 11.1.3 仿真實例 356 11.2 基於Stribeck摩擦模型的PID控製 358 11.2.1 Stribeck摩擦模型描述 358 11.2.2 一個典型伺服係統描述 359 11.2.3 仿真實例 359 11.3 伺服係統三環的PID控製 367 11.3.1 伺服係統三環的PID控製原理 367 11.3.2 仿真實例 368 11.4 二質量伺服係統的PID控製 371 11.4.1 二質量伺服係統的PID控製原理 371 11.4.2 仿真實例 372 11.5 伺服係統的模擬PD+數字前饋控製 375 11.5.1 伺服係統的模擬PD+數字前饋控製原理 375 11.5.2 仿真實例 376 參考文獻 377 第12章 迭代學習PID控製 378 12.1 迭代學習控製方法介紹 378 12.2 迭代學習控製基本原理 378 12.3 基本的迭代學習控製算法 379 12.4 基於PID型的迭代學習控製 379 12.4.1 係統描述 379 12.4.2 控製器設計 379 12.4.3 仿真實例 380 參考文獻 385 第13章 撓性及奇異攝動係統的PD控製 386 13.1 基於輸入成型的撓性機械係統PD控製 386 13.1.1 係統描述 386 13.1.2 控製器設計 386 13.1.3 輸入成型器基本原理 386 13.1.4 仿真實例 388 13.2 基於奇異攝動理論的P控製 393 13.2.1 問題描述 394 13.2.2 模型分解 394 13.2.3 控製律設計 394 13.2.4 仿真實例 395 13.3 柔性機械臂的偏微分方程動力學建模 398 13.3.1 柔性機械臂的控製問題 398 13.3.2 柔性機械臂的偏微分方程建模 398 13.4 柔性機械臂分布式參數邊界控製 402 13.4.1 模型描述 402 13.4.2 邊界PD控製律設計 403 13.4.3 仿真實例 405 參考文獻 412 第14章 機械手PID控製 413 14.1 機械手獨立PD控製 413 14.1.1 控製律設計 413 14.1.2 收斂性分析 413 14.1.3 仿真實例 413 14.2 工作空間中機械手末端軌跡PD控製 417 14.2.1 工作空間直角坐標與關節角位置的轉換 418 14.2.2 機械手在工作空間的建模 419 14.2.3 PD控製器的設計 419 14.2.4 仿真實例 420 14.3 工作空間中機械手末端的阻抗PD控製 426 14.3.1 問題的提齣 426 14.3.2 阻抗模型的建立 427 14.3.3 控製器的設計 428 14.3.4 仿真實例 428 14.4 移動機器人的P+前饋控製 438 14.4.1 移動機器人運動學模型 439 14.4.2 位置控製律設計 439 14.4.3 姿態控製律設計 440 14.4.4 閉環係統的設計關鍵 441 14.4.5 仿真實例 441 參考文獻 448 第15章 飛行器雙閉環PD控製 450 15.1 基於雙環設計的VTOL飛行器軌跡跟蹤PD控製 450 15.1.1 VTOL模型描述 450 15.1.2 針對第一個子係統的控製 451 15.1.3 針對第二個子係統的控製 452 15.1.4 仿真實例 452 15.2 基於內外環的四鏇翼飛行器的PD控製 459 15.2.1 四鏇翼飛行器動力學模型 459 15.2.2 位置控製律設計 460 15.2.3 虛擬姿態角度的求解 461 15.2.4 姿態控製律設計 462 15.2.5 閉環係統的設計關鍵 463 15.2.6 仿真實例 464 參考文獻 473 第16章 小車倒立擺係統的控製及GUI動畫演示 474 16.1 小車倒立擺的H∞控製 474 16.1.1 係統描述 474 16.1.2 H∞控製器要求 475 16.1.3 基於Riccati方程的H∞控製 475 16.1.4 LMI及其MATLAB求解 476 16.1.5 基於LMI的H∞控製 477 16.1.6 仿真實例 477 16.2 單級倒立擺控製係統的GUI動畫演示 485 16.2.1 GUI介紹 485 16.2.2 演示程序的構成 485 16.2.3 主程序的實現 485 16.2.4 演示界麵的GUI設計 486 16.2.5 演示步驟 486 參考文獻 488 第17章 其他控製方法的設計與仿真 489 17.1 單級倒立擺建模 489 17.2 倒立擺PD控製 490 17.2.1 係統描述 490 17.2.2 仿真實例 491 17.3 小車倒立擺的全狀態反饋控製 494 17.3.1 係統描述 494 17.3.2 全狀態反饋控製 494 17.3.3 仿真實例 495 17.4 輸入/輸齣反饋綫性化 503 17.4.1 係統描述 503 17.4.2 控製律設計 503 17.4.3 仿真實例 504 17.5 倒立擺反演控製 507 17.5.1 係統描述 508 17.5.2 控製律設計 508 17.5.3 仿真實例 509 17.6 倒立擺滑模控製 512 17.6.1 問題描述 512 17.6.2 控製律設計 512 17.6.3 仿真實例 513 17.7 自適應魯棒滑模控製 518 17.7.1 問題的提齣 518 17.7.2 自適應控製律的設計 518 17.7.3 仿真實例 519 參考文獻 526

《先進PID控製MATLAB仿真（第4版）》內容詳盡解讀 《先進PID控製MATLAB仿真（第4版）》是一部專注於PID（比例-積分-微分）控製器在現代控製工程中應用與實現的深度著作。本書不僅對PID控製的基本理論進行瞭係統而全麵的梳理，更將目光聚焦於如何結閤先進的控製策略與MATLAB仿真技術，來解決實際工程中更為復雜和嚴峻的控製難題。全書內容結構清晰，邏輯嚴謹，循序漸進，旨在為讀者提供一套完整且實用的PID控製設計、分析與實現工具箱。 第一部分：PID控製理論基石與進階 本書的開篇部分，將讀者帶迴到PID控製的核心。盡管PID控製看似基礎，但其理論的深刻理解對於後續的進階應用至關重要。 PID控製器基礎迴顧： 這一章節首先會從PID控製器的工作原理齣發，詳細闡述比例（P）、積分（I）和微分（D）項各自在係統響應中的作用，以及它們如何協同工作以實現對係統誤差的修正。讀者將瞭解到P控製的即時響應能力、I控製對穩態誤差的消除機製，以及D控製對係統超調和震蕩的抑製作用。本書會用清晰的數學模型和圖示來解釋這些概念，確保理論的直觀理解。 經典PID控製器設計方法： 在此基礎上，本書將深入探討幾種經典的PID控製器參數整定方法。這包括但不限於： 經驗整定法： 如 Ziegler-Nichols 方法，通過係統的開環響應特性來估計PID參數。本書會詳細分析這些方法的原理、適用範圍以及局限性。 臨界比例度法： 另一種基於係統穩定性邊界的整定方法，同樣會進行深入的理論講解與實例演示。 基於模型的方法： 涉及利用係統模型來推導PID參數，例如，基於傳遞函數或狀態空間模型的參數整定，這部分內容將為後續的先進控製打下基礎。 PID控製器的局限性與改進需求： 盡管經典PID控製器在許多場閤錶現齣色，但其固有的局限性也日益凸顯。本書會客觀地分析這些局限，例如： 對係統非綫性的敏感性： 經典PID參數通常在特定工作點最優，當係統發生大幅度非綫性變化時，性能會顯著下降。 對擾動的魯棒性不足： 在麵對外部擾動或模型參數變化時，經典PID的適應性有限。 積分飽和問題： 長期較大的積分環節纍積誤差可能導緻輸齣飽和，影響控製效果。 微分的噪聲放大問題： 微分項對輸入信號的噪聲非常敏感，容易導緻控製器輸齣的劇烈波動。 本書將圍繞這些挑戰，自然地引齣對PID控製進行“先進”化處理的必要性。 第二部分：先進PID控製策略與技術 本書的核心內容在於“先進”二字，這部分將聚焦於各種創新性的PID控製策略，以及如何利用MATLAB強大的仿真功能來實現這些策略。 模糊PID控製： 模糊邏輯控製與PID控製的結閤，能夠有效地處理係統的非綫性和參數不確定性。本書將詳細介紹： 模糊化、模糊推理和解模糊的原理： 如何將傳感器測量值和誤差信號轉化為模糊語言變量，如何建立模糊規則庫，以及如何將模糊輸齣轉化為精確控製信號。 模糊PID控製器的結構設計： 介紹如何利用模糊邏輯自適應地調整PID的P、I、D參數，或者直接實現一個基於模糊規則的控製器。 MATLAB實現： 提供具體的MATLAB代碼示例，演示如何構建模糊PID控製器，進行仿真分析，並與傳統PID進行對比。 神經網絡PID控製： 神經網絡強大的學習和逼近能力，為PID控製器的自適應和優化提供瞭新的途徑。本書將探討： 神經網絡的結構與學習算法： 介紹常用的神經網絡模型（如BP網絡），以及如何訓練神經網絡來估計係統模型或直接作為控製器。 自適應神經網絡PID控製器： 如何利用神經網絡在綫學習和調整PID參數，以應對係統動態特性的變化。 MATLAB仿真實現： 展示如何使用MATLAB的神經網絡工具箱來設計和實現神經網絡PID控製器，並進行性能評估。 模型預測控製（MPC）與PID結閤： MPC以其對係統模型的依賴和對未來多步的預測能力，在復雜係統的控製中展現齣優越性。本書將探討如何將MPC的思想與PID相結閤： MPC的基本原理： 介紹MPC的核心概念，包括滾動優化、預測模型和控製指令序列。 MPC與PID的協同： 探討如何利用MPC實現整體的優化控製，並輔以PID進行局部精細調整，或者將PID控製器嵌入到MPC的子係統設計中。 MATLAB/Simulink MPC設計： 利用MATLAB的Model Predictive Control Toolbox，演示MPC控製器的設計與仿真。 魯棒PID控製： 針對模型不確定性和外部擾動，魯棒控製理論提供瞭保證係統穩定性和性能的解決方案。本書將介紹： H-infinity (H∞) 控製與PID： 如何設計H∞控製器以最小化係統對擾動的敏感性，以及如何將其與PID結構相結閤。 μ-Synthesis方法： 介紹用於處理不確定性的更先進的魯棒控製技術。 MATLAB Robust Control Toolbox的應用： 演示如何利用MATLAB的工具箱來設計魯棒PID控製器。 自抗擾控製（ADRC）與PID： ADRC作為一種非模型類控製方法，在處理強耦閤、時滯和非綫性係統方麵具有顯著優勢。本書將深入探討： ADRC的核心組件： 詳細介紹跟蹤微分器（TD）、擴張狀態觀測器（ESO）和總擾動估計（CD）。 ADRC與PID的融閤： 探討如何將ADRC的思想應用於PID控製器的改進，例如，利用ESO來估計和補償擾動，從而增強PID的魯棒性。 MATLAB/Simulink ADRC實現： 提供ADRC控製器在MATLAB/Simulink中的實現案例。 變結構控製（VSC）與PID： VSC以其對擾動的強魯棒性和快速響應能力而聞名。本書將介紹： 滑模控製的基本原理： 闡述滑模麵的設計、切換律的選擇以及對不確定性的魯棒性。 基於滑模的PID控製器設計： 如何利用滑模思想來增強PID控製器的穩定性和抗擾性能。 MATLAB仿真驗證： 通過仿真演示滑模PID控製器的實際效果。 第三部分：MATLAB仿真平颱與實踐應用 本書的另一大特色是其對MATLAB仿真平颱的深度利用。從理論的實現到實際的應用，MATLAB都將扮演至關重要的角色。 MATLAB/Simulink環境介紹： 簡要介紹MATLAB和Simulink的基本操作界麵、常用工具箱，為讀者快速上手提供指引。 PID控製器設計與調優的MATLAB工具： Control System Toolbox： 詳細介紹該工具箱中用於係統建模、分析（如根軌跡、Bode圖、Nyquist圖）、PID控製器設計（如pidTuner、pidtune函數）和仿真（lsim、step、impulse函數）的命令和功能。 Simulink模型搭建： 演示如何在Simulink中快速搭建被控對象模型、PID控製器模塊，並進行仿真。 自動調參工具的應用： 介紹MATLAB中提供的自動PID參數整定工具，以及如何分析其輸齣結果。 先進PID控製器在MATLAB中的實現： 針對第二部分介紹的各種先進PID控製策略，本書將提供詳細的MATLAB代碼片段和Simulink模型搭建指南。這包括： 模糊邏輯工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）的使用： 如何創建模糊推理係統（FIS），定義隸屬度函數，編寫模糊規則，並將其集成到Simulink模型中。 神經網絡工具箱（Neural Network Toolbox）的應用： 如何創建、訓練和部署神經網絡用於PID控製。 Model Predictive Control Toolbox的運用： 如何構建MPC控製器，定義模型、預測時域和控製時域，並進行仿真。 Robust Control Toolbox的實踐： 如何利用該工具箱設計和分析魯棒控製器。 工程化應用案例分析： 本書將選取一係列典型的工程應用領域，例如： 伺服係統控製： 如電機速度控製、位置控製。 過程控製： 如溫度控製、流量控製、液位控製。 機器人控製： 如關節控製、路徑跟蹤。 航空航天與汽車控製： 飛機姿態控製、車輛巡航控製等。 針對這些案例，本書將詳細展示如何根據實際係統的特點，選擇閤適的先進PID控製策略，利用MATLAB進行建模、設計、仿真和驗證。每個案例都會涵蓋從係統分析、控製器設計到仿真結果解讀的全過程，並深入分析不同控製策略在具體應用中的優劣。 仿真結果分析與性能評估： 除瞭展示控製器的實現，本書還將重點指導讀者如何對仿真結果進行科學的分析和評估。這包括： 時域性能指標： 如超調量、調節時間、穩態誤差、上升時間等。 頻域性能指標： 如幅值裕度、相角裕度、帶寬等。 魯棒性評估： 如何通過改變係統參數或引入擾動來評估控製器的魯棒性。 多性能指標的權衡： 在實際應用中，通常需要在響應速度、穩態精度、抗擾能力、魯棒性以及控製能量消耗等多個指標之間進行權衡，本書將提供這方麵的指導。 代碼優化與效率提升： 對於大型仿真或實時應用，代碼的效率至關重要。本書會提供一些關於優化MATLAB代碼，提高仿真速度的技巧和建議。 《先進PID控製MATLAB仿真（第4版）》不僅僅是一本理論書籍，更是一本實操手冊。它以係統性的理論闡述為基礎，以先進的控製思想為核心，以強大的MATLAB仿真平颱為載體，為讀者提供瞭一條從理論走嚮實踐的清晰路徑。通過本書的學習，讀者將能夠深刻理解PID控製的精髓，掌握各種先進的PID控製技術，並能夠熟練運用MATLAB工具解決實際工程中的復雜控製問題，從而在自動化、機器人、航空航天、過程控製等眾多領域提升自己的工程能力。

評分☆☆☆☆☆

我最近在工作中遇到瞭一個棘手的控製問題，現有的PID控製器在處理非綫性係統時錶現不佳，響應緩慢且容易産生振蕩。在朋友的推薦下，我翻閱瞭這本關於PID控製的最新書籍，沒想到裏麵關於先進控製策略的部分，給瞭我極大的啓發。書中深入探討瞭如何針對具有復雜動力學特性的係統設計更魯棒的PID控製器，例如，它詳細介紹瞭模型預測控製（MPC）與PID控製相結閤的思路，以及如何利用綫性矩陣不等式（LMI）等工具來分析和優化PID控製器的性能。我特彆喜歡作者在講解這些高級概念時，並沒有迴避其背後的數學理論，而是用一種更加易於理解的方式呈現，並輔以大量的圖示和仿真結果來印證。書中對各種抗乾擾和抗飽和技術的闡述也十分到位，這對於解決實際工程中的一些“疑難雜癥”大有裨益。我嘗試著將書中介紹的一種基於觀測器的PID控製方法應用於我的項目中，結果令人振奮，係統的穩定性和響應速度都得到瞭顯著提升。這本書的價值在於，它不僅停留在基礎PID的層麵，而是將讀者引嚮瞭更廣闊的先進控製領域，為解決更復雜、更具挑戰性的工程問題提供瞭堅實的理論基礎和實用的方法論。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛剛接觸自動控製領域的學生，我一直在尋找一本能夠幫助我快速入門並建立紮實基礎的書籍。這本書正是我的理想選擇。它以非常友好的方式介紹瞭PID控製的核心概念。作者並沒有一開始就灌輸晦澀難懂的數學公式，而是從實際的控製問題齣發，生動地解釋瞭為什麼需要PID控製器，以及P、I、D三個環節是如何發揮作用的。書中的插圖非常豐富，清晰地展示瞭PID控製器不同參數設置下，係統響應的各種變化趨勢，這對於我這樣初學者來說，是非常直觀的學習方式。我尤其喜歡書中關於PID參數整定的章節，它詳細介紹瞭多種經典的整定方法，並提供瞭清晰的步驟指南，讓我能夠獨立完成參數的初步設定。而且，書中還提供瞭大量基於MATLAB的仿真示例，我能夠直接運行這些代碼，觀察仿真結果，並嘗試修改參數，這極大地增強瞭我的動手能力和對理論知識的理解。對於初學者而言，這本書無疑是一本極其寶貴的入門教材，它能夠幫助我們建立起對PID控製的整體認識，並為後續更深入的學習打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對控製理論充滿熱情的研究生，一直在尋找能夠深入理解PID控製的精髓，並將其應用於復雜研究課題的書籍。這本書完全超齣瞭我的預期。它不僅僅是對PID控製技術的羅列，更是一種深入剖析和創新的引導。書中在迴顧經典PID的同時，著重強調瞭PID控製在現代工程應用中的挑戰與機遇。我尤其欣賞作者在分析PID控製器穩定性時所采用的嚴謹數學方法，比如對Bode圖、Nyquist圖等經典分析工具的深入講解，以及如何利用根軌跡法來評估係統穩定性。更令人興奮的是，書中還探討瞭如何將PID控製與機器學習相結閤，例如利用神經網絡來優化PID參數，或者使用強化學習來設計自適應PID控製器。這些前沿的研究方嚮，在書中得到瞭清晰的闡述和具體的MATLAB仿真演示。這對於我進行相關課題的研究，提供瞭寶貴的參考資料和研究思路。這本書的深度和廣度，讓我看到瞭PID控製無限的可能性，也為我在控製理論的研究道路上注入瞭新的動力。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在自動化領域摸爬滾打多年的工程師，我總是在不斷尋找能切實提升我技能的書籍。最近，我入手瞭一本關於PID控製的最新力作，雖然書名聽起來有些“老生常談”，但實際內容卻給瞭我不少驚喜。我尤其欣賞作者在講解理論部分時，那種循序漸進、層層遞進的邏輯。他並沒有一上來就拋齣復雜的數學公式，而是先從PID控製的基本概念入手，詳細闡述瞭P、I、D三個參數各自的作用機理，以及它們如何協同工作來達到控製目標。接著，他對各種PID整定方法進行瞭詳盡的介紹，無論是經典的Ziegler-Nichols方法，還是更現代的遺傳算法、粒子群優化等智能算法在PID參數整定上的應用，書中都給齣瞭清晰的原理分析和具體的步驟指導。最讓我印象深刻的是，作者在理論講解的基礎上，還提供瞭大量的MATLAB仿真實例。這些實例覆蓋瞭各種典型的工業控製場景，比如電機速度控製、溫度控製、液位控製等等。通過這些實例，我能夠直觀地看到不同PID參數設置對係統響應速度、超調量、穩定性等性能指標的影響，這對於我理解理論知識、掌握實際應用有著至關重要的作用。同時，書中對MATLAB代碼的組織也十分清晰，易於讀者理解和修改。

評分☆☆☆☆☆

在我的職業生涯中，PID控製一直是不可或缺的工具，但隨著技術的進步，我發現僅僅掌握基礎的PID理論已經不足以應對日益復雜的工程挑戰。因此，我一直在尋找一本能夠拓展我視野、提升我技術深度的新書籍。這本書給瞭我非常大的觸動。書中在基礎PID理論的紮實鋪墊之後，重點轉嚮瞭PID控製的各種改進和擴展。我印象最深刻的是關於模糊PID和自適應PID的章節。作者不僅詳細解釋瞭模糊邏輯如何融入PID控製，以及自適應PID如何在係統參數變化時自動調整控製參數的原理，更重要的是，他還提供瞭如何在MATLAB中實現這些先進PID方法的具體示例。這些示例的仿真結果清晰地展示瞭模糊PID和自適應PID在處理非綫性、時變係統時的優越性，這對於我解決實際工作中遇到的許多棘手問題提供瞭全新的思路和方法。此外，書中還探討瞭PID控製在多變量係統中的應用，以及如何與其他先進控製技術（如滑模控製、神經網絡控製等）進行融閤，這讓我對PID控製的未來發展有瞭更深入的認識，也激發瞭我進一步研究和探索的興趣。