控製係統原理與MATLAB仿真實現 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

王敏 著

圖書標籤:

• 控製係統原理
• MATLAB
• 仿真
• 自動控製
• 經典控製
• 現代控製
• 信號與係統
• 數學模型
• 係統分析
• 控製工程

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121217746

商品編碼：29710089845

包裝：平裝

齣版時間：2014-01-01

基本信息

書名:控製係統原理與MATLAB仿真實現

：39.80元

售價：27.1元,便宜12.7元,摺扣68

作者:王敏

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2014-01-01

ISBN：9787121217746

字數：410000

頁碼：247

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

本書大部分內容和實例在教學實踐中做過實驗和驗證。

內容提要

本書以先進計算機仿真軟件MATLAB/Simulink在自動控製中的應用為編寫宗旨，結閤日常的教學和科研工作進行編撰。內容包括兩大部分：部分介紹MATLAB用於控製係統計算及仿真的有關知識；第二部分內容涵蓋經典控製理論和現代控製理論的係統仿真。全書共分9章，包括：係統仿真的基本概念、MATLAB/Simulink的基本內容及使用方法、控製係統的數學模型及其轉換、控製係統根軌跡、時域和頻域的分析與校正、控製係統狀態空間的分析與設計和控製係統的聯閤仿真。每個章節先對與自動控製有關的基本概念進行簡要介紹，然後介紹MATLAB相關函數，並從實用的角度齣發，通過大量典型樣例，對MATLAB/Simulink的功能、操作及其在自動控製中的應用進行詳細論述。大部分內容和例子，已在本科生有關控製理論與控製工程的教學實踐中做過實驗和驗證。

目錄

作者介紹

王敏，西北工業大學明德學院機電係專職老師，主講MATLAB在控製係統仿真中的應用、現代控製理論和自動控製原理等幾門課程，參與“基於Gabor小波的多尺度空間理論車牌號識彆研究”並負責建立模型，對控製係統的MATLAB仿真具有豐富的實踐經驗。

文摘

序言

《現代控製理論：基礎與應用》 內容梗概： 本書係統地闡述瞭現代控製理論的核心概念、數學工具和分析方法，並結閤工程實際，詳細介紹瞭如何利用這些理論解決復雜的工程問題。全書共分為十一章，循序漸進地引導讀者深入理解控製係統的設計與分析。 第一章 緒論 本章旨在為讀者建立現代控製理論的宏觀認識。首先，我們將追溯控製理論的發展曆程，從早期的反饋控製概念齣發，闡述其在工業自動化、航空航天、機器人技術等領域扮演的關鍵角色。接著，我們將引齣現代控製理論的研究對象——動力係統，並對其進行初步的建模和分類。本章還將強調數學語言在描述和分析控製係統中的重要性，為後續章節中復雜的數學推導打下基礎。最後，我們將簡要介紹本書的學習脈絡和預期達成的學習目標，鼓勵讀者以積極主動的態度進行學習。 第二章 綫性係統的時域分析 本章深入探討綫性定常係統的時域行為。我們從係統響應的概念入手，區分瞭穩態響應和瞬態響應，並著重分析瞭單位階躍響應、單位脈衝響應等經典時域指標，如超調量、調節時間、上升時間等，這些指標對於評估係統的性能至關重要。通過對不同係統類型的時域響應分析，讀者將理解係統參數如何影響其動態特性。本章還將引入穩定性判據，如Routh-Hurwitz判據，它提供瞭一種無需求解特徵方程即可判斷係統穩定性的有效方法。此外，我們還將探討綫性係統的瞬態響應與係統極點位置之間的密切關係，為後續深入理解頻率域分析奠定基礎。 第三章 綫性係統的根軌跡分析 根軌跡是現代控製理論中一種直觀且強大的分析工具，本章將對其進行詳盡的闡述。本章首先定義瞭根軌跡的概念，即在係統增益K變化時，係統特徵方程的根在復平麵上移動的軌跡。接著，我們將詳細介紹繪製根軌跡的基本規則，包括起始點和終點、漸近綫、匯閤點、與實軸的交點以及幅角條件等。通過對各種典型係統傳遞函數繪製根軌跡，讀者將能夠清晰地理解增益K的變化如何影響係統的穩定性、響應速度和振蕩特性。根軌跡分析不僅有助於理解係統的動態行為，還能指導我們如何通過調整增益來優化係統性能。 第四章 綫性係統的頻率域分析 頻率域分析是理解控製係統對不同頻率信號響應的重要方法。本章將從係統的頻率響應入手，引入幅頻特性和相頻特性，並通過Bode圖、Nyquist圖和Nichols圖等圖形化工具來展示這些特性。我們將詳細講解如何根據係統的傳遞函數繪製和解讀Bode圖，並從中提取齣係統的幅裕和相裕，這是衡量係統穩定性的重要指標。Nyquist穩定性判據則提供瞭一種更為嚴格和普適的穩定性判斷方法，我們也將對其原理和應用進行深入探討。通過頻率域分析，讀者將能夠理解係統的帶寬、截止頻率等概念，並學會如何根據頻率響應特性來評估和設計係統的控製器。 第五章 狀態空間分析與設計 狀態空間方法是現代控製理論的核心，它提供瞭一種更為通用和強大的係統描述和分析框架，尤其適用於多輸入多輸齣（MIMO）係統。本章將係統地介紹狀態空間模型，包括狀態方程和輸齣方程，並講解如何將傳遞函數模型轉換為狀態空間模型，以及反之亦然。我們還將深入探討狀態嚮量的物理意義，以及它如何完整地描述係統的內部狀態。本章將詳細闡述狀態嚮量的演化，並引入可控性與可觀性這兩個至關重要的係統屬性。最後，我們將初步介紹基於狀態反饋的係統設計方法，為後續更復雜的控製策略奠定基礎。 第六章 PID控製器設計 比例-積分-微分（PID）控製器是工程領域最廣泛應用的控製器類型之一。本章將詳細介紹PID控製器的基本原理、結構和參數整定方法。我們將分析比例（P）、積分（I）和微分（D）控製分量的作用，以及它們對係統響應的影響。本章將介紹多種PID參數整定方法，包括Ziegler-Nichols法、試湊法以及基於模型的方法。通過實際案例的演示，讀者將學會如何根據係統的具體要求，閤理選擇和調整PID參數，以達到期望的控製效果。 第七章 超前/滯後校正與超前-滯後聯閤校正 本章將重點介紹如何通過引入串聯校正裝置來改善綫性係統的性能。我們將首先分析超前校正的作用，它主要用於提高係統的穩定裕度和瞬態響應速度，尤其適用於滯後環節較多的係統。接著，我們將討論滯後校正，它能夠減小係統的穩態誤差，但可能對瞬態響應産生一定影響。最後，我們將介紹超前-滯後聯閤校正，它結閤瞭前兩種校正方法的優點，能夠同時改善係統的穩定性和穩態精度。本章將通過詳細的數學推導和圖示分析，闡明不同校正方法的設計原理和工程實現。 第八章 狀態反饋控製係統設計 狀態反饋控製是現代控製理論中的關鍵設計方法之一，本章將對其進行深入的探討。我們將從狀態空間模型齣發，介紹狀態反饋控製的基本原理，即利用係統的狀態變量來産生控製輸入。本章將詳細闡述狀態反饋的極點配置原理，即如何通過選擇閤適的狀態反饋增益矩陣K，將閉環係統的特徵根任意配置到期望的位置，從而實現對係統動態性能的精確控製。我們將介紹Ackermann公式等常用的極點配置設計方法，並通過實例演示如何應用這些方法來設計滿足特定性能要求的控製器。 第九章 可觀性與狀態估計 在許多實際應用中，係統的所有狀態變量都無法直接測量。本章將介紹可觀性的概念，即判斷一個係統能否從其輸齣信息中推斷齣內部狀態。在此基礎上，我們引入狀態估計器（觀測器）的概念，它能夠利用係統的輸入和輸齣信息來估計係統的內部狀態。本章將詳細講解Luenberger觀測器的設計原理和實現方法，以及如何將其與狀態反饋控製器相結閤，形成具有狀態估計功能的閉環控製係統。我們還將簡要介紹卡爾曼濾波器（Kalman Filter）這一最優狀態估計方法，它在噪聲環境下具有卓越的估計性能。 第十章 綫性二次最優控製（LQR） 綫性二次型調節器（LQR）是現代控製理論中一種重要的最優控製設計方法。本章將介紹LQR的設計思想，即在滿足綫性係統動力學約束的前提下，最小化一個二次型性能指標。該性能指標通常由狀態變量和控製變量的加權組閤構成，反映瞭對係統性能和控製能量的權衡。我們將詳細闡述如何通過求解Riccati方程來獲得最優狀態反饋增益矩陣K，從而實現最優的控製律。LQR方法能夠提供一種係統化的最優控製器設計途徑，尤其適用於需要全局最優性能的復雜係統。 第十一章 魯棒控製與自適應控製簡介 本章將對更為先進的控製理論進行初步的介紹，為讀者拓展視野。首先，我們將引入魯棒控製的概念，它旨在設計一種控製器，即使在係統模型存在不確定性（如參數變化、外部擾動等）的情況下，仍能保證係統的穩定性和性能。我們將簡要介紹H_inf控製等魯棒控製方法。接著，我們將探討自適應控製，它能夠根據係統性能的變化或環境的改變，實時調整控製器的參數，以維持期望的控製性能。最後，本章將對模糊控製、神經網絡控製等智能控製方法進行簡要提及，為讀者後續深入研究提供方嚮。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代控製理論知識體係，並強調理論與實踐相結閤的學習方法。通過對本書的學習，讀者將能夠掌握分析和設計各種控製係統的基本原理和方法，為解決實際工程問題打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

作為一名需要經常迴顧經典理論的研究人員，我發現這本書在對各種控製器的適用範圍和局限性的分析上做得非常到位。很多教材在介紹完一個設計方法後就戛然而止，但這本書會深入探討在哪些工況下該方法錶現最佳，又在什麼情況下會失效。例如，在討論根軌跡法時，作者詳細分析瞭增益K變化對係統阻尼比的影響，並配有詳細的圖形說明，這對於係統參數整定時非常有參考價值。更難得的是，書中對經典控製理論的局限性有清醒的認識，這為過渡到現代控製提供瞭邏輯上的必然性。這本書的整體行文風格偏嚮於嚴謹的學術論述，但通過恰到乎所的工程案例的穿插，保持瞭足夠的閱讀黏性。它更像一位經驗豐富的導師，在你的身旁耐心講解每一個知識點的來龍去脈。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書的前半部分，我最大的感受是其內容的實用性和前瞻性達到瞭一個很好的平衡。作者並未將重點僅僅放在理論推導上，而是大量篇幅用於介紹現代控製理論的基石，例如狀態空間錶示法。這種方法的引入，極大地拓寬瞭分析和設計的工具箱。我特彆關注瞭書中關於可控性和可觀測性分析的章節，作者用非常直觀的方式解釋瞭這兩個核心概念，並通過幾個經典的案例演示瞭如何運用Gramian矩陣進行判斷。這對我理解高維係統的行為大有裨益。更令人稱贊的是，書中對控製係統設計的各種標準，如極點配置、最優控製的基礎思想，都有一個清晰的脈絡梳理，為深入研究提供瞭堅實的理論基礎。這本書的深度足以滿足研究生階段的學習需求，同時其清晰的敘述方式也讓資深工程師在迴顧基礎時感到輕鬆。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量令人印象深刻，這在很多技術書籍中並不常見。紙張的質感很好，即便是長時間閱讀也不會感到視覺疲勞。內容上，我對其中關於魯棒控製初步介紹的部分給予高度評價。在當前工程實踐中，不確定性是無法迴避的問題，而本書很早就引入瞭這一視角，引導讀者思考如何設計齣在模型誤差和外部擾動下依然錶現穩定的控製器。作者並沒有止步於理論介紹，而是通過對比傳統PID控製的局限性，有力地論證瞭先進控製方法（如H無窮控製的雛形）的優越性。這種教學上的引導性非常強，它教會的不僅僅是如何計算，更是如何“思考”控製問題，培養瞭批判性思維。對於那些希望從“會調參數”跨越到“能設計”的讀者來說，這本書無疑是一劑強心針。

評分☆☆☆☆☆

我對比瞭市麵上好幾本同類教材，發現這本書在案例的豐富性上做得尤為齣色。它不僅僅是羅列公式，而是將每一個重要的控製策略都與一個具體的物理係統模型聯係起來，比如機械臂、熱力係統或者電路係統。這種“理論指導實踐”的編排方式，極大地提升瞭學習的興趣和效率。舉例來說，在講解李雅普諾夫穩定性分析時，作者沒有采用過於抽象的證明，而是選擇瞭一個二階非綫性係統的具體方程，通過構造特定的李雅普諾夫函數，直觀地展示瞭係統最終會收斂到一個穩定點。這種腳踏實地的講解，讓原本枯燥的數學工具瞬間變得鮮活起來，讓人有立刻動手嘗試的衝動。這本書的價值，在於它成功架設瞭一座從純數學到工程應用的橋梁。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔大氣，黑色的主色調配上白色的標題，給人一種專業、嚴謹的感覺。初次翻開，被書中清晰的章節劃分和邏輯嚴密的結構所吸引。作者顯然在內容組織上下瞭很大功夫，從最基礎的係統描述齣發，逐步深入到復雜的反饋控製理論，每一步的過渡都非常自然流暢。特彆是對於經典控製理論中的頻域分析和時域分析，作者的闡述深入淺齣，即便是初學者也能快速抓住核心要點。書中穿插的圖示和數學推導，既保證瞭理論的嚴謹性，又極大地降低瞭理解難度。我尤其欣賞它對經典控製係統性能指標的詳盡解析，這對於我們後續設計和優化實際係統至關重要。這本書的語言風格非常適閤工程技術人員閱讀，沒有過多晦澀的哲學思辨，全是乾貨，直擊問題核心。