MATLAB控制系統(tǒng)仿真與實例詳解

《MATLAB控制系統(tǒng)仿真與實例詳解》內(nèi)容豐富，實例詳盡，講解透徹，可作為控制系統(tǒng)仿真領(lǐng)域科研與工程技術(shù)人員的參考書籍，同時也可供高等院校自動控制、信息處理、電子工程、計算機仿真等專業(yè)師生參考閱讀。

第1章　控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)　1

1.1　自動控制理論與控制技術(shù)概述　1

1.1.1　自動控制理論的發(fā)展概況　1

1.1.2　自動控制系統(tǒng)簡介　4

1.2　計算機仿真概述　5

1.2.1　系統(tǒng)與模型　6

1.2.2　計算機仿真　7

1.2.3　仿真的作用　8

1.2.4　仿真算法和仿真軟件　8

1.2.5　計算機仿真的一般過程　9

第2章　MATLAB程序設(shè)計語言基礎(chǔ)　11

2.1　MATLAB基礎(chǔ)　11

2.1.1　MATLAB的產(chǎn)生與發(fā)展　11

2.1.2　MATLAB的主要特點　13

2.2　MATLAB操作平臺　14

2.2.1　MATLAB的安裝與啟動　14

2.2.2　MATLAB的運行環(huán)境　15

2.3　MATLAB幫助系統(tǒng)　18

2.3.1　聯(lián)機幫助系統(tǒng)　19

2.3.2　命令窗口查詢幫助　20

2.3.3　聯(lián)機演示系統(tǒng)　22

2.3.4　常用的命令和技巧　23

2.4　MATLAB的數(shù)值計算功能　24

2.4.1　MATLAB數(shù)據(jù)類型　24

2.4.2　矩陣的生成　26

2.4.3　矩陣的基本數(shù)學運算　37

2.4.4　數(shù)組運算　46

2.4.5　向量和下標　53

2.4.6　矩陣的相關(guān)函數(shù)　59

2.4.7　多項式運算　69

2.5　MATLAB在數(shù)值分析中的應用　71

2.6　MATLAB的圖形可視化　74

2.6.1　二維圖形的繪制　74

2.6.2　三維圖形的繪制　78

2.6.3　圖形的輸出　80

2.7　MATLAB的程序設(shè)計　80

2.7.1　M文件　80

2.7.2　函數(shù)變量及變量作用域　82

2.7.3　子函數(shù)與局部函數(shù)　83

2.7.4　流程控制語句　84

2.8　符號運算功能　86

第3章　控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)　91

3.1　經(jīng)典控制理論基礎(chǔ)　91

3.1.1　開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)　91

3.1.2　控制系統(tǒng)分類　97

3.2　經(jīng)典控制理論的研究內(nèi)容　100

3.2.1　傳遞函數(shù)模型　101

3.2.2　零極點增益模型　105

3.2.3　控制系統(tǒng)的時域分析　105

3.2.4　控制系統(tǒng)的根軌跡分析　114

3.2.5　控制系統(tǒng)的頻域分析　115

3.3　現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)　117

3.3.1　狀態(tài)空間模型　117

3.3.2　能控性和能觀測性　118

3.3.3　能控性和能觀測性實現(xiàn)　118

3.3.4　極點配置設(shè)計　125

3.3.5　最優(yōu)控制設(shè)計　126

3.4　智能控制理論基礎(chǔ)　128

3.4.1　智能控制的概念和特點　129

3.4.2　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制　129

3.4.3　模糊控制　134

第4章　Simulink交互式仿真環(huán)境　137

4.1　Simulink簡介　137

4.1.1　Simulink概述　137

4.1.2　Simulink的啟動與界面　138

4.2　Simulink中常用模塊　140

4.2.1　CommonlyUsedBlocks(常用模塊庫)　140

4.2.2　Continuous(連續(xù)系統(tǒng)模塊庫)　142

4.2.3　Discontinuous(非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫)　142

4.2.4　Discrete(離散系統(tǒng)模塊庫)　143

4.2.5　MathOperations(數(shù)學運算模塊庫)　144

4.2.6　Sinks(接收模塊庫)　145

4.2.7　Sources(信號源模塊庫)　146

4.3　Simulink建?！?47

4.3.1　Simulink簡單模型的建立　147

4.3.2　模塊的操作　149

4.3.3　信號線的操作　150

4.3.4　模型注釋　151

4.3.5　仿真配置　151

4.3.6　建模實例　155

4.4　子系統(tǒng)及其封裝技術(shù)　157

4.4.1　Simulink子系統(tǒng)　157

4.4.2　封裝模塊　158

4.5　模型運行及分析　159

4.5.1　模型特征　159

4.5.2　模型運行　159

4.5.3　模型線性化　161

4.5.4　系統(tǒng)平衡點的求取　163

4.6　S-函數(shù)　164

4.6.1　S-函數(shù)的工作方式　164

4.6.2　用MATLAB語言編寫S-函數(shù)　166

第5章　控制系統(tǒng)建模　169

5.1　系統(tǒng)的數(shù)學模型描述　169

5.1.1　連續(xù)系統(tǒng)　169

5.1.2　離散系統(tǒng)　171

5.2　MATLAB中控制系統(tǒng)模型的建立　172

5.2.1　傳遞函數(shù)模型　172

5.2.2　零極點增益模型　176

5.2.3　狀態(tài)空間模型　179

5.3　系統(tǒng)不同模型之間的轉(zhuǎn)換　181

5.4　系統(tǒng)模型的連接　192

5.5　連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)化　209

第6章　線性控制系統(tǒng)的分析與仿真　214

6.1　線性系統(tǒng)的時域分析　214

6.2　線性系統(tǒng)的根軌跡分析　231

6.3　線性系統(tǒng)的頻域分析　237

6.3.1　頻域響應分析　237

6.3.2　頻率域穩(wěn)定性分析　246

6.4　線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析　250

6.4.1　能控性分析　250

6.4.2　能觀性分析　254

6.4.3　極點配置及其MATLAB實現(xiàn)　257

第7章　PID控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真　262

7.1　PID控制系統(tǒng)設(shè)計原理　262

7.2　連續(xù)系統(tǒng)的模擬PID仿真　263

7.3　數(shù)字PID控制　264

7.3.1　位置式PID控制算法　264

7.3.2　連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真　265

7.3.3　離散系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真　267

7.3.4　增量式PID控制算法及仿真　272

7.3.5　積分分離PID控制算法及仿真　274

7.4　智能PID控制　278

7.4.1　神經(jīng)元PID控制　278

7.4.2　模糊自適應PID控制　283

7.4.3　專家PID控制　292

第8章　最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計　295

8.1　最優(yōu)控制的基本概念　295

8.1.1　最優(yōu)控制問題　295

8.1.2　最優(yōu)控制的性能指標及應用類型　297

8.1.3　最優(yōu)控制中的變分法　297

8.1.4　用變分法求連續(xù)系統(tǒng)最優(yōu)控制　302

8.2　連續(xù)系統(tǒng)線性二次型最優(yōu)控制　304

8.2.1　連續(xù)系統(tǒng)線性二次型最優(yōu)控制原理　305

8.2.2　連續(xù)系統(tǒng)二次型最優(yōu)控制的MATLAB函數(shù)　305

8.3　離散系統(tǒng)線性二次型最優(yōu)控制　309

8.3.1　離散系統(tǒng)線性二次型最優(yōu)控制原理　309

8.3.2　離散系統(tǒng)二次型最優(yōu)控制的MATLAB函數(shù)　309

8.4　線性二次型高斯最優(yōu)控制　311

8.4.1　LQG最優(yōu)控制原理　311

8.4.2　LQG最優(yōu)控制的MATLAB實現(xiàn)　312

8.5　最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計實例　318

第9章　魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計　322

9.1　魯棒控制系統(tǒng)簡介　322

9.1.1　奇異值、H2和范數(shù)　323

9.1.2　標準魯棒控制問題　323

9.1.3　結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)不確定性　324

9.1.4　使用控制方法　324

9.2　魯棒控制工具箱　326

9.3　魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計方法　329

第10章　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計及其MATLAB實現(xiàn)　331

10.1　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述　331

10.2　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)　332

10.3　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其MATLAB實現(xiàn)　334

10.3.1　感知器　334

10.3.2　線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　338

10.3.3　BP網(wǎng)絡(luò)　344

10.3.4　徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　350

10.3.5　Hopfield網(wǎng)絡(luò)　353

10.3.6　自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　357

第11章　模糊控制系統(tǒng)設(shè)計　361

11.1　模糊控制系統(tǒng)　361

11.1.1　模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其原理　361

11.1.2　PD、PI、PID型的模糊控制器　363

11.1.3　模糊控制器的設(shè)計方法　364

11.2　模糊控制工具箱簡介　366

11.3　模糊推理系統(tǒng)的建立　367

第12章　系統(tǒng)辨識　374

12.1　系統(tǒng)辨識基礎(chǔ)　374

12.1.1　辨識的內(nèi)容和步驟　375

12.1.2　系統(tǒng)辨識的分類　376

12.2　系統(tǒng)辨識常用輸入信號　376

12.3　最小二乘辨識及其MATLAB實現(xiàn)　379

12.3.1　最小二乘算法簡介　380

12.3.2　最小二乘一次完成算法及其MATLAB實現(xiàn)　381

12.3.3　最小二乘遞推算法　383

12.3.4　增廣最小二乘算法　385

12.4　極大似然辨識及其MATLAB實現(xiàn)　389

12.4.1　極大似然辨識簡介　389

12.4.2　動態(tài)模型參數(shù)極大似然辨識及其MATLAB實現(xiàn)　389

12.5　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型辨識及其MATLAB實現(xiàn)　392

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《MATLAB控制系統(tǒng)仿真與實例詳解》詳細地講解了MATLAB7.x的功能與相關(guān)操作以及MATLAB在控制系統(tǒng)中的仿真應用?！禡ATLAB控制系統(tǒng)仿真與實例詳解》內(nèi)容包括控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)、MATLAB程序設(shè)計語言基礎(chǔ)、控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)、Simulink交互式仿真環(huán)境、控制系統(tǒng)建模、線性控制系統(tǒng)的分析與仿真、PID控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真、最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計、魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計及其MATLAB實現(xiàn)、模糊控制系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)辨識。

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內(nèi)容深入淺出，實例豐富且具有代表性，實用性很強全面系統(tǒng)地介紹了MATLAB在各控制系統(tǒng)中的應用系統(tǒng)地講解了MATLAB7×中與控制工程相關(guān)的基礎(chǔ)工具箱函數(shù)。

《MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真》分兩篇，共10章。上篇為MATLAB程序設(shè)計基礎(chǔ)，主要介紹MATLAB的基礎(chǔ)知識、MATLAB數(shù)值運算、MATLAB符號運算、MATLAB程序設(shè)計。下篇為自動控制系統(tǒng)的MATLAB實現(xiàn)，主要介紹控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)、仿真環(huán)境Simulink的使用基礎(chǔ)、控制系統(tǒng)數(shù)學模型的MATLAB實現(xiàn)、控制系統(tǒng)分析、經(jīng)典控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真、現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真。

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《MATLAB控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計》系統(tǒng)講解了MATLAB在控制工程中的應用，包括MATLAB基礎(chǔ)知識、MATLAB與外部程序的接口、Simulink仿真、經(jīng)典控制理論設(shè)計與仿真、線性系統(tǒng)理論設(shè)計與仿真、PID控制與仿真、最優(yōu)控制及仿真和智能控制仿真研究。

《MATLAB控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計》對函數(shù)的使用給出了詳細介紹，并配以相應仿真過程予以輔助說明，因此即使是初學者，也能很快學會操作；每章的最后都給出了與本章內(nèi)容相關(guān)的實際應用仿真實例；在工程應用部分，從分析、建模和仿真3方面給出了較為詳細的解析過程，加深了讀者由理論過渡到實際應用的理解。

《MATLAB控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計》可作為自動控制、機械電子、機械制造、電氣、電子信息、汽車等專業(yè)的本科生教材或參考書。

MATLAB控制系統(tǒng)應用與實例一書介紹了MATLAB控制系統(tǒng)仿真和MATLAB環(huán)境下實時控制的實現(xiàn)；相平面分區(qū)控制的仿真、實時控制和系統(tǒng)分析。

全書共6章，可以分為四大部分：(1)、MATLAB數(shù)據(jù)采集的各種方法。重點介紹基于MATLAB的串行數(shù)據(jù)采集開發(fā)板、基于MATLAB的USB數(shù)據(jù)采集板。(2)、常規(guī)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真和系統(tǒng)分析，MATLAB\SIMULINK模塊的創(chuàng)建；MATLAB的S函數(shù)編制；控制工具箱中的實用工具介紹。(3)、相平面分區(qū)控制的基本原理；相平面分區(qū)控制的SIMULINK控制模塊的構(gòu)建；相平面分區(qū)控制的SIMULINK實現(xiàn)；基于MATLAB的串行數(shù)據(jù)采集開發(fā)板的實時控制系統(tǒng)分析和基于MATLAB的USB數(shù)據(jù)采集板的實時控制系統(tǒng)分析。(4)、模糊相平面分區(qū)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相平面分區(qū)控制。

本書不同于一般MATLAB教程的特點在于：本書以MATLAB在控制系統(tǒng)中的實際應用為背景，借助作者自行開發(fā)的信號采集硬件平臺，從傳統(tǒng)控制理論到現(xiàn)代控制理論，對控制方法、控制效果作了大量的對比研究。從而，充分體現(xiàn)了MATLAB作為控制系統(tǒng)算法研究的方便并且無可替代的地位。

本書可以作為高等院?？刂茖I(yè)的教學參考書，也可作為廣大科技工作人員的參考用書。