控製係統仿真(21世紀高等院校電氣信息類係列教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張裊娜，馮雷編 著

圖書標籤:

• 控製係統
• 仿真
• 電氣信息
• 教材
• 21世紀
• 高等教育
• MATLAB
• Simulink
• 自動控製
• 理論與實踐

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111448624

商品編碼：29699585291

包裝：平裝

齣版時間：2014-01-01

基本信息

書名:控製係統仿真(21世紀高等院校電氣信息類係列教材)

定價：33.00元

售價：22.4元,便宜10.6元,摺扣67

作者:張裊娜,馮雷編

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2014-01-01

ISBN：9787111448624

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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　　《控製係統仿真/21世紀高等院校電氣信息類係列教材》從工程應用角度齣發，為控製係統的分析、設計和綜閤研究提供瞭先進的技術手段；從MATLAB/Simulink基礎知識、控製係統數學模型、控製係統分析、控製器設計、控製係統仿真實驗等幾個方麵講述瞭運用MATLAB進行控製係統分析和設計的方法。《控製係統仿真/21世紀高等院校電氣信息類係列教材》共分7章，包括控製係統仿真的基本概念與步驟、MATLAB語言基礎、Simulink仿真工具、控製係統數學模型、控製係統時域分析、頻域分析、穩定性分析、根軌跡分析法、綫性係統的狀態可控性與狀態可觀性分析、李雅普諾夫穩定性分析、控製器設計、控製係統仿真實驗等內容。各章通過具體的應用實例和習題幫助讀者理解和掌握自動控製原理、現代控製理論以及MATLAB/Simulink相關功能和工具的使用。
　　《控製係統仿真/21世紀高等院校電氣信息類係列教材》各章節之間的內容既相互聯係又相對獨立，讀者可根據需要進行選擇性閱讀。本書可作為高等院校控製工程、自動化、機電、測控技術等專業學生和研究生的教學參考用書，也可作為相關領域的工程技術和研究人員的參考用書。

目錄

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齣版說明
前言
章 緒論
1.1 控製係統仿真的基本概念
1.1.1 仿真的基本概念
1.1.2 計算機仿真的分類
1.1.3 控製係統仿真
1.2 控製係統仿真研究的步驟
1.3 控製係統仿真的應用和發展
1.3.1 控製係統仿真的應用
1.3.2 控製係統仿真的發展
1.4 MATLAB/Simulink簡介
1.4.1 MATLAB簡介
1.4.2 Simulink簡介
1.5 本章小結
第2章 MATLAB語言基礎
2.1 MATLAB的編程環境
2.1.1 MATLAB啓動和退齣
2.1.2 MATLAB的命令窗口
2.1.3 MATLAB的工作空間
2.1.4 當前目錄窗口
2.1.5 命令曆史窗口
2.1.6 MATLAB文件管理
2.1.7 MATLAB幫助使用
2.1.8 數據交換係統
2.2 MATLAB基礎知識
2.2.1 變量與常量
2.2.2 數字變量的運算及顯示格式
2.2.3 字符串
2.3 矩陣運算
2.3.1 矩陣生成
2.3.2 矩陣基本操作
2.3.3 矩陣運算
2.4 數組運算
2.4.1 基本數學運算
2.4.2 關係運算
2.4.3 邏輯運算
2.4.4 基本初等函數
2.5 符號運算
2.6 矩陣函數
2.6.1 三角分解法
2.6.2 正交分解法
2.6.3 奇異值分解法
2.6.4 特徵值分解法
2.6.5 矩陣的秩
2.6.6 多項式
2.7 MATLAB常用繪圖命令
2.7.1 二維圖形的繪製
2.7.2 三維圖形
2.7.3 圖形的輸齣
2.8 MATLAB程序設計
2.8.1 M文件編輯器
2.8.2 MATLAB程序類型
2.8.3 函數變量及變量作用域
2.8.4 子函數與私有函數
2.8.5 交互式輸入
2.8.6 MATLAB程序流程控製
2.9 本章小結
習題
第3章 Simulink仿真工具
3.1 運行Simulink演示程序
3.2 Simulink模型的建立
3.2.1 Simulink模型窗口
3.2.2 Simulink模塊庫簡介
3.2.3 Simulink模塊的操作
3.2.4 模塊的連接
3.2.5 模塊的參數修改
3.2.6 Simulink模塊的聯機幫助係統
3.2.7 Simulink模型的輸齣與打印
3.2.8 Simulink模型舉例
3.3 Simulink的仿真方法
3.3.1 仿真過程的設置
3.3.2 係統仿真
3.3.3 模糊控製係統的仿真
3.4 S-函數
3.4.1 S-函數的工作方式
3.4.2 用MATLAB語言編寫S-函數
3.4.3 用C語言編寫S-函數
3.5 本章小結
習題
第4章 控製係統數學模型
4.1 動態過程微分方程描述
4.2 動態過程的傳遞函數描述
4.2.1 傳遞函數定義與性質
4.2.2 傳遞函數零極點錶示
4.2.3 傳遞函數的部分分式錶示
4.2.4 典型環節的傳遞函數及其時域響應
4.2.5 高階係統的時域分析
4.3 動態過程狀態空間描述
4.4 係統模型轉換及連接
4.4.1 模型轉換
4.4.2 模型連接
4.5 本章小結
習題
第5章 控製係統分析
5.1 時域分析
5.1.1 典型輸入信號
5.1.2 動態性能指標
5.1.3 綫性係統時域響應
5.1.4 時域分析相關的MATLAB函數
5.1.5 MATLAB/Simulink在時域分析中的應用
5.2 穩定性分析
5.2.1 穩定性基本概念
5.2.2 穩定性判據
5.2.3 穩態誤差計算
5.2.4 MATLAB在穩定性分析中的應用
5.3 根軌跡分析
5.3.1 幅值條件和相角條件
5.3.2 繪製根軌跡的一般法則
5.3.3 廣義根軌跡
5.3.4 根軌跡分析相關的MATLAB函數
5.3.5 MATLAB在繪製根軌跡圖中的應用
5.4 頻域分析
5.4.1 頻率特性
5.4.2 典型環節頻率響應分析
5.4.3 閉環頻率響應分析
5.4.4 穩定性分析
5.4.5 頻域分析相關的MATLAB函數
5.4.6 MATLAB在繪製頻率特性中的應用
5.5 綫性係統的狀態可控性與狀態可觀性分析
5.5.1 狀態可控性
5.5.2 狀態可觀性
5.5.3 MATLAB在狀態可控性和可觀性分析中的應用
5.6 李雅普諾夫穩定性分析
5.6.1 李雅普諾夫法
5.6.2 李雅普諾夫第二法
5.6.3 利用MATLAB進行係統穩定性分析
5.7 本章小結
習題
第6章 控製器設計
6.1 PID控製器設計
6.1.1 PID控製器概述
6.1.2 比例控製器
6.1.3 積分控製器
6.1.4 比例積分控製器
6.1.5 比例微分控製器
6.1.6 比例積分微分控製器
6.2 PID控製器參數整定
6.2.1 Ziegler-Nichols整定法
6.2.2 臨界振蕩法
6.2.3 衰減麯綫法
6.2.4 湊試法
6.3 控製係統校正的根軌跡法
6.3.1 基於根軌跡法的超前校正
6.3.2 基於根軌跡法的滯後校正
6.3.3 基於根軌跡法的超前滯後校正
6.4 控製係統校正的頻率響應法
6.4.1 基於頻率法的超前校正
6.4.2 基於頻率法的滯後校正
6.5 狀態反饋與極點配置
6.5.1 狀態反饋
6.5.2 輸齣反饋
6.5.3 極點配置
6.6 狀態觀測器
6.7 本章小結
習題
第7章 控製係統仿真實驗
7.1 MATLAB平颱認識實驗
7.2 MATLAB繪圖
7.3 控製係統的階躍響應
7.4 控製係統的根軌跡作圖
7.5 直流電動機調速係統
7.6 交流電動機調速係統
7.7 本章小結
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《現代控製理論及其工程應用》 內容簡介： 本書全麵深入地探討瞭現代控製理論的核心概念、數學模型、分析方法以及在各類工程領域中的實際應用。旨在為讀者構建堅實的理論基礎，並培養解決復雜工程問題的實踐能力。全書共分為十章，由淺入深，邏輯清晰，既注重理論的嚴謹性，又強調工程的實用性，力求做到理論與實踐的有機結閤。 第一章 緒論 本章首先迴顧瞭經典控製理論的發展曆程及其局限性，引齣發展現代控製理論的必要性。接著，詳細闡述瞭現代控製理論的優勢，包括其能夠處理多輸入多輸齣（MIMO）係統、非綫性係統以及時變係統等。本章還介紹瞭控製係統仿真的重要性，為後續章節的學習奠定基礎。最後，概述瞭本書的整體框架和學習目標，幫助讀者對全書內容有一個初步的認識。 第二章 綫性係統狀態空間描述 本章是現代控製理論的基石。首先，詳細介紹瞭狀態空間方法的概念，包括狀態變量、狀態嚮量、輸入嚮量和輸齣嚮量的定義。然後，深入講解瞭如何從係統物理模型（如電路、機械係統、熱力學係統等）齣發，建立係統的綫性定常（LTI）狀態空間方程，包括連續時間和離散時間係統。講解瞭不同形式的狀態空間錶示，如約當標準型、對角型等，並分析瞭它們之間的轉換。此外，本章還引入瞭係統的輸入-狀態-輸齣關係，以及如何通過狀態空間方程計算係統的零輸入響應和零狀態響應。對理解和分析綫性係統的動態行為至關重要。 第三章 綫性定常係統的時域分析 在掌握瞭狀態空間描述後，本章將重點關注綫性定常係統在時域中的動態特性分析。詳細講解瞭係統的可控性與可觀性概念，這是設計控製器和狀態估計器的必要條件。通過數學推導和實例分析，闡明瞭如何判斷係統的可控性和可觀性，並討論瞭可控規範型和可觀規範型。本章還深入研究瞭係統的穩定性，包括李雅普諾夫穩定性、漸近穩定性以及指數穩定性，並介紹瞭李雅普諾夫第二方法作為判斷係統穩定性的強大工具。最後，講解瞭瞬態響應分析，如單位階躍響應、衝激響應的計算與特性，為理解係統對輸入信號的動態反應提供深入見解。 第四章 綫性定常係統的頻域分析 雖然現代控製理論以狀態空間為主，但頻域分析在實際工程中仍然具有不可替代的價值。本章將把狀態空間模型轉換為頻域錶示，如傳遞函數矩陣。詳細介紹瞭係統的頻率響應，包括幅頻特性和相頻特性，以及它們如何反映係統的帶寬、峰值增益、相位裕度等重要指標。本章還討論瞭如何利用波特圖、尼奎斯特圖和根軌跡圖來分析係統的穩定性、動態性能和魯棒性。通過頻域分析，可以更好地理解係統對不同頻率信號的敏感度，為係統設計和故障診斷提供依據。 第五章 狀態反饋控製 本章是現代控製理論在控製器設計中的核心內容。詳細闡述瞭狀態反饋控製的基本思想，即利用係統的狀態信息來改變係統的動態性能。深入講解瞭極點配置（Pole Placement）技術，包括如何通過狀態反饋將係統的閉環極點任意配置到期望的位置，從而達到預期的性能指標（如響應速度、阻尼比等）。介紹瞭 Ackermann 公式和綫性矩陣不等式（LMI）等求解狀態反饋增益矩陣的方法。本章還討論瞭可控性在極點配置中的作用，以及如何處理不可控子係統的情況。 第六章 狀態觀測器設計 在許多實際應用中，係統的所有狀態變量可能無法直接測量。本章介紹瞭狀態觀測器的設計，其目的是通過係統的輸入和輸齣信息來估計係統的內部狀態。詳細講解瞭 Luenberger 觀測器的工作原理，包括如何根據係統的模型設計觀測器增益，使其能夠快速準確地跟蹤係統的真實狀態。討論瞭觀測器與狀態反饋相結閤的閉環係統設計，即稱為“狀態反饋與觀測器結閤”的控製器。本章還分析瞭觀測器性能與係統極點配置的關係，以及如何處理測量噪聲對觀測器性能的影響。 第七章 PID 控製器的現代設計方法 PID 控製器是工業界最廣泛應用的控製器之一。本章將從現代控製理論的視角，重新審視 PID 控製器的設計。結閤狀態空間模型和現代控製理論的分析工具，討論如何為 PID 控製器選擇最優的參數。引入瞭模型預測控製（MPC）的思想，將其應用於 PID 參數整定，以提高控製性能和魯棒性。還介紹瞭如何利用係統辨識技術獲取被控對象的模型，並在此基礎上設計 PID 控製器。本章旨在將 PID 控製器與現代控製理論的先進方法相結閤，使其設計更加科學和高效。 第八章 非綫性控製係統基礎 現實世界中的許多控製係統都錶現齣非綫性特性。本章將引入非綫性控製係統的基本概念和分析方法。詳細介紹瞭反饋綫性化技術，它能夠將非綫性係統轉化為等效的綫性係統，從而可以使用綫性控製理論進行設計。講解瞭李雅普諾夫穩定性理論在非綫性係統分析中的應用，包括直接法和間接法。本章還介紹瞭一些典型的非綫性控製策略，如滑模控製、模糊控製和神經網絡控製等，並分析瞭它們在處理強非綫性、不確定性係統中的優勢。 第九章 模型預測控製 (MPC) 模型預測控製（MPC）是一種先進的控製策略，它利用被控對象的預測模型，通過求解一個優化問題來生成控製序列。本章詳細介紹瞭 MPC 的基本原理，包括滾動優化、預測模型、成本函數和約束條件。講解瞭綫性 MPC 和非綫性 MPC 的設計方法，以及如何處理各種工程約束（如輸入約束、狀態約束）。本章還討論瞭 MPC 在工業自動化、過程控製、機器人等領域的廣泛應用，以及其在提高係統性能、魯棒性和節能方麵的優勢。 第十章 控製係統仿真與工程實踐 本章將聚焦於控製係統仿真的工具和方法。介紹瞭幾種主流的控製係統仿真軟件，如 MATLAB/Simulink、LabVIEW 等，並講解瞭如何利用這些軟件建立係統模型、設計控製器、進行仿真分析和驗證。強調瞭仿真在控製係統設計流程中的重要性，包括模型驗證、參數優化、性能評估和故障診斷。本章還結閤具體的工程實例，如航空航天、汽車控製、電力係統等，展示現代控製理論在解決實際工程問題中的應用，並分享一些工程實踐中的經驗和技巧。 總結： 《現代控製理論及其工程應用》是一本麵嚮電氣信息類及相關專業的本科生和研究生教材，同時也適閤從事控製係統設計、開發和應用工作的工程師閱讀。通過係統學習本書內容，讀者將能夠深入理解現代控製理論的精髓，掌握先進的控製係統設計方法，並具備將理論知識應用於解決實際工程問題的能力。本書力求在理論深度和工程實踐之間取得平衡，為讀者在控製科學與工程領域的發展打下堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的組織結構非常清晰，邏輯性強到令人稱贊。它從基礎的係統描述開始，逐步過渡到復雜係統的建模，再到先進控製方法的仿真實現和性能評估，每一步都銜接得非常自然流暢。我注意到，作者在每個仿真實例中都非常注重對參數變化的敏感性分析，這一點在實際工程中是至關重要的，因為真實世界的參數總是在變動的。書中對仿真誤差的分析和處理也十分到位，指齣瞭諸如步長選擇不當可能導緻的數值不穩定現象，並提供瞭相應的解決策略。這種細緻入微的講解，體現瞭作者深厚的實踐經驗。它不僅僅是一本教材，更像是一本高質量的、麵嚮工程實踐的“仿真手冊”，使得學習過程中的挫敗感大大降低，取而代之的是解決問題的成就感。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我對傳統的控製理論教材常常感到枯燥乏味，充斥著大量的希臘字母和復雜的矩陣運算，讀起來非常吃力。然而，這本教材在保持嚴謹性的同時，成功地營造瞭一種鼓勵探索和實驗的學習氛圍。書中對各種經典控製係統的仿真案例分析得非常透徹，比如PID控製器的整定、超調和響應速度之間的摺衷，書中不僅有理論公式，更有大量的仿真麯綫對比，讓人一目瞭然。我尤其喜歡其中關於魯棒控製和H無窮控製的概念介紹，作者巧妙地將這些前沿理論與仿真驗證結閤起來，讓這些看似高深的知識變得觸手可及。它強調的是“看”和“做”，而不是死記硬背公式，這對於培養工程思維是極其寶貴的。這本書真正做到瞭讓仿真成為理解控製理論的橋梁，而不是一個簡單的計算工具。

評分☆☆☆☆☆

作為一名研究生，我發現自己越來越需要一本能夠銜接課堂教學和科研工作的參考書。這本《控製係統仿真》恰好填補瞭這一空白。它的深度足夠支持我進行更復雜的課題研究，特彆是關於大型復雜係統建模與仿真的章節，給齣瞭非常係統的建模流程指導。我曾經在一個大型機械臂控製項目中遇到建模難題，參考瞭書中關於多輸入多輸齣（MIMO）係統建模和仿真聯調的章節後，很多睏惑迎刃而解。它不僅關注瞭時間域的響應，還對頻域分析，比如波德圖、奈奎斯特圖在仿真環境下的生成和解讀進行瞭詳細闡述，這對於係統穩定性裕度的評估至關重要。這本書的價值在於它提供瞭一套完整的、可操作的仿真工作流程，而不是零散的知識點堆砌。

評分☆☆☆☆☆

我最近在研究數字控製器的設計，手頭參考瞭幾本不同的教材，但感覺很多都偏嚮於純理論的推導，對於實際的實現和調試缺乏足夠的指導。直到我接觸到這本教材，它在這方麵的側重點讓我非常滿意。書中詳細介紹瞭離散化技術，比如零階保持器和一階保持器的選擇對係統性能的影響，並且非常具體地展示瞭如何利用仿真平颱驗證不同離散化方法的優劣。更讓我感到驚喜的是，它還涵蓋瞭係統辨識和參數估計的仿真實現，這在很多經典教材中是很難找到的深入內容。閱讀這些章節時，我感覺作者仿佛是一位經驗豐富的工程師在現場指導，他不僅告訴你“該怎麼做”，更告訴你“為什麼要這麼做”，以及“這麼做可能會遇到什麼問題”。這種實踐導嚮的敘述方式，極大地提高瞭我的學習效率和對理論的掌握深度。

評分☆☆☆☆☆

這本《控製係統仿真》的教材真是讓人眼前一亮，它深入淺齣地介紹瞭現代控製理論中的核心概念，尤其是那些在實際工程中應用廣泛的仿真技術。我印象最深的是書中對於狀態空間模型和傳遞函數模型的詳細剖析，作者沒有僅僅停留在理論推導上，而是非常注重如何將這些抽象的數學工具轉化為計算機可以處理的語言。書中對MATLAB/Simulink環境的講解非常到位，手把手的教程讓初學者也能很快上手建立自己的仿真模型。特彆是關於非綫性係統的仿真部分，提供瞭多種數值積分方法的比較分析，這對於理解仿真精度和計算效率之間的權衡至關重要。舉個例子，書中對李雅普諾夫穩定性分析在仿真中的應用進行瞭清晰的演示，這遠比單純的教科書上的理論推導要直觀得多，幫助我真正理解瞭係統動態行為的內在機製。這本書的圖文並茂的排版也使得復雜的概念易於消化，是一本非常實用的工具書。