MATLAB控制系統(tǒng)仿真與實(shí)例詳解

前言

MATLAB是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算能力、可視化功能、開(kāi)放式可擴(kuò)展環(huán)境，所附帶的工具箱支持30多個(gè)領(lǐng)域的計(jì)算、仿真等應(yīng)用，因此，在許多科學(xué)領(lǐng)域中MATLAB成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析、算法研究及應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基本工具和首選平臺(tái)。同時(shí)，MATLAB具有其他高級(jí)語(yǔ)言難以比擬的一些優(yōu)點(diǎn)——編寫(xiě)簡(jiǎn)單、效率高、易學(xué)易懂，因此，MATLAB語(yǔ)言也被通俗地稱(chēng)為演算紙式的科學(xué)算法語(yǔ)言。MATLAB在信號(hào)處理、通信、自動(dòng)控制及科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是最能夠提高工作效率，改善設(shè)計(jì)手段的工具軟件。

內(nèi)容概要

本書(shū)詳細(xì)地講解了MATLAB 7.x的功能與相關(guān)操作以及MATLAB在控制系統(tǒng)中的仿真應(yīng)用。本書(shū)內(nèi)容包括控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)、MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(xiàn)性控制系統(tǒng)的分析與仿真、PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真、最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)、模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)辨識(shí)?！　”緯?shū)內(nèi)容豐富，實(shí)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(shū)籍，同時(shí)也可供高等院校自動(dòng)控制、信息處理、電子工程、計(jì)算機(jī)仿真等專(zhuān)業(yè)師生參考閱讀。

書(shū)籍目錄

第1章 控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)    　1.1 自動(dòng)控制理論與控制技術(shù)概述    　　1.1.1 自動(dòng)控制理論的發(fā)展概況    　　1.1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介    　1.2 計(jì)算機(jī)仿真概述    　　1.2.1 系統(tǒng)與模型    　　1.2.2 計(jì)算機(jī)仿真    　　1.2.3 仿真的作用    　　1.2.4 仿真算法和仿真軟件    　　1.2.5 計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程    第2章 MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言基礎(chǔ)  　2.1 MATLAB基礎(chǔ)  　　2.1.1 MATLAB的產(chǎn)生與發(fā)展  　　2.1.2 MATLAB的主要特點(diǎn)  　2.2 MATLAB 操作平臺(tái)  　　2.2.1 MATLAB的安裝與啟動(dòng)  　　2.2.2 MATLAB的運(yùn)行環(huán)境  　2.3 MATLAB幫助系統(tǒng)  　　2.3.1 聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)  　　2.3.2 命令窗口查詢(xún)幫助  　　2.3.3 聯(lián)機(jī)演示系統(tǒng)  　　2.3.4 常用的命令和技巧  　2.4 MATLAB的數(shù)值計(jì)算功能  　　2.4.1 MATLAB 數(shù)據(jù)類(lèi)型  　　2.4.2 矩陣的生成  　　2.4.3 矩陣的基本數(shù)學(xué)運(yùn)算  　　2.4.4 數(shù)組運(yùn)算  　　2.4.5 向量和下標(biāo)   　　2.4.6 矩陣的相關(guān)函數(shù)  　　2.4.7 多項(xiàng)式運(yùn)算  　2.5 MATLAB在數(shù)值分析中的應(yīng)用  　2.6 MATLAB的圖形可視化   　　2.6.1 二維圖形的繪制   　　2.6.2 三維圖形的繪制  　　2.6.3 圖形的輸出  　2.7 MATLAB的程序設(shè)計(jì)  　　2.7.1 M文件  　　2.7.2 函數(shù)變量及變量作用域  　　2.7.3 子函數(shù)與局部函數(shù)   　　2.7.4 流程控制語(yǔ)句   　2.8 符號(hào)運(yùn)算功能   第3章 控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)  　3.1 經(jīng)典控制理論基礎(chǔ)  　　3.1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)  　　3.1.2 控制系統(tǒng)分類(lèi)   　3.2 經(jīng)典控制理論的研究?jī)?nèi)容　　3.2.1 傳遞函數(shù)模型　　3.2.2 零極點(diǎn)增益模型 　　3.2.3 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 　　3.2.4 控制系統(tǒng)的根軌跡分析 　　3.2.5 控制系統(tǒng)的頻域分析 　3.3 現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ) 　　3.3.1 狀態(tài)空間模型 　　3.3.2 能控性和能觀(guān)測(cè)性 　　3.3.3 能控性和能觀(guān)測(cè)性實(shí)現(xiàn) 　　3.3.4 極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)　　3.3.5 最優(yōu)控制設(shè)計(jì)　3.4 智能控制理論基礎(chǔ)　　3.4.1 智能控制的概念和特點(diǎn)　　3.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制　　3.4.3 模糊控制第4章 Simulink交互式仿真環(huán)境　4.1 Simulink簡(jiǎn)介　　4.1.1 Simulink概述　　4.1.2 Simulink的啟動(dòng)與界面　4.2 Simulink中常用模塊　　4.2.1 Commonly Used Blocks（常用模塊庫(kù)）　　4.2.2 Continuous（連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)）　　4.2.3 Discontinuous（非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)）　　4.2.4 Discrete（離散系統(tǒng)模塊庫(kù)） 　　4.2.5 Math Operations（數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫(kù)） 　　4.2.6 Sinks（接收模塊庫(kù)）　　4.2.7 Sources（信號(hào)源模塊庫(kù)）　4.3 Simulink建?！　?.3.1 Simulink簡(jiǎn)單模型的建立　　4.3.2 模塊的操作　　4.3.3 信號(hào)線(xiàn)的操作　　4.3.4 模型注釋　　4.3.5 仿真配置　　4.3.6 建模實(shí)例 　4.4 子系統(tǒng)及其封裝技術(shù)　　4.4.1 Simulink子系統(tǒng)　　4.4.2 封裝模塊　4.5 模型運(yùn)行及分析　　4.5.1 模型特征　　4.5.2 模型運(yùn)行　　4.5.3 模型線(xiàn)性化　　4.5.4 系統(tǒng)平衡點(diǎn)的求取 　4.6 S-函數(shù) 　　4.6.1 S-函數(shù)的工作方式 　　4.6.2 用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)S-函數(shù) 第5章 控制系統(tǒng)建?！?.1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述　　5.1.1 連續(xù)系統(tǒng)　　5.1.2 離散系統(tǒng)　5.2 MATLAB中控制系統(tǒng)模型的建立　　5.2.1 傳遞函數(shù)模型　　5.2.2 零極點(diǎn)增益模型 　　5.2.3 狀態(tài)空間模型　5.3 系統(tǒng)不同模型之間的轉(zhuǎn)換　5.4 系統(tǒng)模型的連接　5.5 連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)化第6章 線(xiàn)性控制系統(tǒng)的分析與仿真 　6.1 線(xiàn)性系統(tǒng)的時(shí)域分析 　6.2 線(xiàn)性系統(tǒng)的根軌跡分析　6.3 線(xiàn)性系統(tǒng)的頻域分析　　6.3.1 頻域響應(yīng)分析　　6.3.2 頻率域穩(wěn)定性分析　6.4 線(xiàn)性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析　　6.4.1 能控性分析　　6.4.2 能觀(guān)性分析 　　6.4.3 極點(diǎn)配置及其MATLAB實(shí)現(xiàn)第7章 PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真　7.1 PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理　7.2 連續(xù)系統(tǒng)的模擬PID仿真 　7.3 數(shù)字PID控制 　　7.3.1 位置式PID控制算法 　　7.3.2 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真 　　7.3.3 離散系統(tǒng)的數(shù)字PID控制仿真　　7.3.4 增量式PID控制算法及仿真　　7.3.5 積分分離PID控制算法及仿真 　7.4 智能PID控制　　7.4.1 神經(jīng)元PID控制　　7.4.2 模糊自適應(yīng)PID控制 　　7.4.3 專(zhuān)家PID控制第8章 最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　8.1 最優(yōu)控制的基本概念 　　8.1.1 最優(yōu)控制問(wèn)題 　　8.1.2 最優(yōu)控制的性能指標(biāo)及應(yīng)用類(lèi)型 　　8.1.3 最優(yōu)控制中的變分法 　　8.1.4 用變分法求連續(xù)系統(tǒng)最優(yōu)控制　8.2 連續(xù)系統(tǒng)線(xiàn)性二次型最優(yōu)控制 　　8.2.1 連續(xù)系統(tǒng)線(xiàn)性二次型最優(yōu)控制原理 　　8.2.2 連續(xù)系統(tǒng)二次型最優(yōu)控制的MATLAB函數(shù) 　8.3 離散系統(tǒng)線(xiàn)性二次型最優(yōu)控制　　8.3.1 離散系統(tǒng)線(xiàn)性二次型最優(yōu)控制原理　　8.3.2 離散系統(tǒng)二次型最優(yōu)控制的MATLAB函數(shù)　8.4 線(xiàn)性二次型高斯最優(yōu)控制　　8.4.1 LQG最優(yōu)控制原理　　8.4.2 LQG最優(yōu)控制的MATLAB實(shí)現(xiàn)　8.5 最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 第9章 魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　9.1 魯棒控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 　　9.1.1 奇異值、H2和范數(shù) 　　9.1.2 標(biāo)準(zhǔn)魯棒控制問(wèn)題 　　9.1.3 結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)不確定性 　　9.1.4 使用控制方法 　9.2 魯棒控制工具箱 　9.3 魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 第10章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)  　10.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述  　10.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)  　10.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其MATLAB實(shí)現(xiàn)  　　10.3.1 感知器  　　10.3.2 線(xiàn)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)  　　10.3.3 BP網(wǎng)絡(luò) 　　10.3.4 徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　　10.3.5 Hopfield網(wǎng)絡(luò) 　　10.3.6 自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第11章 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　11.1 模糊控制系統(tǒng)　　11.1.1 模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其原理　　11.1.2 PD、PI、PID型的模糊控制器 　　11.1.3 模糊控制器的設(shè)計(jì)方法 　11.2 模糊控制工具箱簡(jiǎn)介 　11.3 模糊推理系統(tǒng)的建立第12章 系統(tǒng)辨識(shí) 　12.1 系統(tǒng)辨識(shí)基礎(chǔ) 　　12.1.1 辨識(shí)的內(nèi)容和步驟 　　12.1.2 系統(tǒng)辨識(shí)的分類(lèi) 　12.2 系統(tǒng)辨識(shí)常用輸入信號(hào) 　12.3 最小二乘辨識(shí)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)　　12.3.1 最小二乘算法簡(jiǎn)介　　12.3.2 最小二乘一次完成算法及其MATLAB實(shí)現(xiàn)　　12.3.3 最小二乘遞推算法 　　12.3.4 增廣最小二乘算法 　12.4 極大似然辨識(shí)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)　　12.4.1 極大似然辨識(shí)簡(jiǎn)介　　12.4.2 動(dòng)態(tài)模型參數(shù)極大似然辨識(shí)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)　12.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型辨識(shí)及其MATLAB實(shí)現(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展和相互結(jié)合，使得計(jì)算機(jī)控制和仿真技術(shù)的應(yīng)用得到快速的推廣，這為分析、研究和設(shè)計(jì)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)提供了有力的幫助。本章主要介紹自動(dòng)控制和系統(tǒng)仿真的一般知識(shí)。1.1 自動(dòng)控制理論與控制技術(shù)概述自動(dòng)化科學(xué)作為一門(mén)學(xué)科起源于20世紀(jì)初，自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論來(lái)自于物理學(xué)等自然科學(xué)和數(shù)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)。自動(dòng)控制理論在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中起著重要作用。下面主要介紹自動(dòng)控制理論的發(fā)展情況。1.1.1 自動(dòng)控制理論的發(fā)展概況自動(dòng)控制理論是自動(dòng)控制科學(xué)的核心。自動(dòng)控制理論自創(chuàng)立至今已經(jīng)過(guò)了3代的發(fā)展。.第一代為20世紀(jì)初開(kāi)始形成并于20世紀(jì)50年代趨于成熟的經(jīng)典反饋控制理論；.第二代為20世紀(jì)50～60年代在線(xiàn)性代數(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代控制理論；.第三代為20世紀(jì)60年代中期即已萌芽，在發(fā)展過(guò)程中綜合了人工智能、自動(dòng)控制、運(yùn)籌學(xué)、信息論等多學(xué)科的最新成果并在此基礎(chǔ)上形成的智能控制理論。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都是建立在控制對(duì)象為精確模型上的控制理論，而工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的控制對(duì)象和過(guò)程大多具有非線(xiàn)性、時(shí)變性、變結(jié)構(gòu)、不確定性、多層次、多因素等特點(diǎn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制，就出現(xiàn)了基于知識(shí)的、不依賴(lài)于精確數(shù)學(xué)模型的智能控制。1.自動(dòng)控制理論發(fā)展概述自動(dòng)控制是指應(yīng)用自動(dòng)化儀器儀表或自動(dòng)控制裝置代替人自動(dòng)地對(duì)儀器設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，使之達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或性能指標(biāo)。對(duì)傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程采用自動(dòng)控制技術(shù)，可以有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)一些惡劣環(huán)境下的控制操作，自動(dòng)控制顯得尤其重要。自動(dòng)控制理論是與人類(lèi)社會(huì)發(fā)展密切聯(lián)系的一門(mén)學(xué)科，是自動(dòng)控制科學(xué)的核心。

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