控制系統(tǒng)仿真及MATLAB語(yǔ)言

內(nèi)容概要

　　 本書(shū)主要介紹控制系統(tǒng)的仿真方法及MATLAB語(yǔ)言的應(yīng)用。全書(shū)共7章，第1章介紹了仿真技術(shù)的定義、分類(lèi)和應(yīng)用；第2章主要介紹MATLAB與Simulink基礎(chǔ)；第3章講解控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及建模；第4章介紹連續(xù)系統(tǒng)的離散化方法；第5章通過(guò)實(shí)例描述了控制系統(tǒng)的時(shí)頻分析法及根軌跡法；第6章主要介紹控制系統(tǒng)的校正；第7章詳細(xì)討論用MATLAB實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法。    本書(shū)可作為理工科高等院校研究生、本科生教學(xué)用書(shū)，也可作為工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章  概論　1.1  仿真技術(shù)概述　　1.1.1  仿真的定義和分類(lèi)　　1.1.2  仿真過(guò)程　1.2  數(shù)字仿真軟件　1.3  仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展　　1.3.1  仿真技術(shù)的應(yīng)用　　1.3.2  仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)　習(xí)題第2章  MATLAB與Simulink基礎(chǔ)　2.1  MATLAB簡(jiǎn)介　2.2  基本語(yǔ)句結(jié)構(gòu)　　2.2.1  變量　　2.2.2  向量運(yùn)算　2.3  基本矩陣運(yùn)算　　2.3.1  矩陣輸入　　2.3.2  矩陣運(yùn)算　　2.3.3  矩陣操作　2.4  繪圖　　2.4.1  二維圖形的繪制　　2.4.2  三維圖形的繪制　2.5  數(shù)據(jù)處理　　2.5.1  多項(xiàng)式處理　　2.5.2  曲線擬合與插值　　2.5.3  數(shù)據(jù)分析　2.6  MATLAB編程　　2.6.1  條件語(yǔ)句與循環(huán)語(yǔ)句　　2.6.2  M文件及M函數(shù)的編寫(xiě)與運(yùn)行　2.7  Simulink基礎(chǔ)　　2.7.1  Simulink的啟動(dòng)　　2.7.2  Simulink的模塊庫(kù)介紹　　2.7.3  Simulink模型的建立及對(duì)模型的處理　　2.7.4  Simulink仿真的參數(shù)設(shè)置　習(xí)題第3章  控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及建?！?.1  連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　　3.1.1  微分方程形式　　3.1.2  傳遞函數(shù)形式　　3.1.3  零極點(diǎn)增益形式　　3.1.4  部分分式形式　　3.1.5  狀態(tài)方程形式　　3.1.6  非線性系統(tǒng)的線性化　3.2  控制系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)換　　3.2.1  傳遞函數(shù)形式與零極點(diǎn)增益形式之間的轉(zhuǎn)換　　3.2.2  傳遞函數(shù)形式與部分分式展開(kāi)形式之間的轉(zhuǎn)換　　3.2.3  狀態(tài)方程形式與傳遞函數(shù)形式或零極點(diǎn)增益形式之間的轉(zhuǎn)換　　3.2.4  系統(tǒng)的對(duì)角化與約當(dāng)化　　3.2.5  系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為能控標(biāo)準(zhǔn)型　　3.2.6  系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為能觀標(biāo)準(zhǔn)型　　3.2.7  對(duì)象數(shù)據(jù)類(lèi)型描述　3.3  控制系統(tǒng)建模實(shí)例　　3.3.1  直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)建?！　?.3.2  汽車(chē)半主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型　　3.3.3  過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的建?！　?.3.4  單級(jí)倒立擺數(shù)學(xué)模型的建立　習(xí)題第4章  連續(xù)系統(tǒng)的離散化方法　4.1  常微分方程的數(shù)值解法　　4.1.1  數(shù)值求解的基本概念　　4.1.2  歐拉法　　4.1.3  龍格-庫(kù)塔法　　4.1.4  微分方程數(shù)值解的MATLAB實(shí)現(xiàn)　4.2  數(shù)值算法的穩(wěn)定性及選擇原則　　4.2.1  數(shù)值算法的穩(wěn)定性　　4.2.2  數(shù)值算法的選擇原則　4.3  數(shù)值算法中的“病態(tài)”問(wèn)題　　4.3.1 “病態(tài)”微分方程　　4.3.2 “病態(tài)”系統(tǒng)的仿真方法　4.4  連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的離散化　習(xí)題第5章  控制系統(tǒng)的時(shí)頻分析法　5.1  控制系統(tǒng)時(shí)域分析　　5.1.1  時(shí)域響應(yīng)概述　　5.1.2  時(shí)域分析常用MATLAB函數(shù)　5.2  控制系統(tǒng)頻域分析　　5.2.1  頻率響應(yīng)概述　　5.2.2  頻域分析常用MATLAB函數(shù)介紹　5.3  根軌跡法　　5.3.1  根軌跡的基本概念　　5.3.2  根軌跡的繪制　　5.3.3  利用根軌跡法分析控制系統(tǒng)　習(xí)題第6章  控制系統(tǒng)的校正　6.1  校正基礎(chǔ)知識(shí)　　6.1.1  校正的結(jié)構(gòu)形式　　6.1.2  性能指標(biāo)　　6.1.3  串聯(lián)校正的分類(lèi)　　6.1.4  校正的分析方法　　6.1.5  PID校正　6.2  頻率特性設(shè)計(jì)法　　6.2.1  相位超前校正　　6.2.2  相位遲后校正　6.3  根軌跡設(shè)計(jì)法　　6.3.1  Rltool設(shè)計(jì)　　6.3.2  根軌跡校正方法　6.4  PID校正　　6.4.1  常規(guī)PID校正方法　　6.4.2  Ziegler-Nichols方法　6.5　 遲后系統(tǒng)的校正　　6.5.1  大林控制算法　　6.5.2  Smith預(yù)估控制器　習(xí)題第7章  控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法　7.1  極點(diǎn)配置　　7.1.1  單輸入系統(tǒng)的極點(diǎn)配置　　7.1.2  極點(diǎn)配置實(shí)例分析　7.2  觀測(cè)器設(shè)計(jì)及實(shí)例分析　7.3  基于觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)及實(shí)例分析　7.4  線性二次型最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)及實(shí)例分析　習(xí)題附錄A  MATLAB常用函數(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章 概論1.1 仿真技術(shù)概述計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種綜合性實(shí)驗(yàn)技術(shù)，它建立在系統(tǒng)科學(xué)、系統(tǒng)建模、控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)及計(jì)算方法等學(xué)科的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研究和決策提供了一種先進(jìn)而有效的手段，并已被廣泛應(yīng)用于工程及非工程領(lǐng)域，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。1.1.1 仿真的定文和分類(lèi)仿真是用模型（物理模型或數(shù)學(xué)模型）代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究的一種方法。為使仿真的結(jié)果能被實(shí)際證實(shí)真實(shí)可靠，仿真所遵循的基本原則是相似原理，包括幾何相似、環(huán)境相似和性能相似。仿真可以按不同的原則分類(lèi)。1.按模型的類(lèi)型分類(lèi)按所用模型的類(lèi)型可分為物理仿真、數(shù)學(xué)仿真和數(shù)學(xué)一物理仿真。1）物理仿真物理仿真應(yīng)用幾何相似原理，制作一個(gè)與實(shí)際系統(tǒng)相似但幾何尺寸較小的物理模型（如把飛機(jī)模型放在與氣流場(chǎng)相似的風(fēng)洞中）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。物理仿真的優(yōu)點(diǎn)是能最大限度地反映系統(tǒng)的物理本質(zhì)，具有直觀性強(qiáng)和形象化的特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是構(gòu)造物理模型所需的費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、技術(shù)復(fù)雜。另外，在物理模型上做試驗(yàn)，修改模型的結(jié)構(gòu)及參數(shù)困難，實(shí)驗(yàn)限制條件多，容易受到環(huán)境條件的干擾。2）數(shù)學(xué)仿真數(shù)學(xué)仿真應(yīng)用性能相似、環(huán)境相似的原理，按照真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)學(xué)仿真的特點(diǎn)是制作模型比較經(jīng)濟(jì)，修改參數(shù)方便，周期短，但形式抽象、直觀性差。3）數(shù)學(xué)一物理混合仿真在某些系統(tǒng)中，把數(shù)學(xué)模型與物理模型或?qū)嵨镞B接在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即將系統(tǒng)的一部分建立數(shù)學(xué)模型，并放到計(jì)算機(jī)上，而另一部分構(gòu)造其物理模型或直接采用實(shí)物，然后將它們連接成系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這種形式的仿真就稱(chēng)為數(shù)學(xué)一物理混合仿真或半實(shí)物仿真。這種仿真具有數(shù)學(xué)與物理仿真的共同優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然費(fèi)用也必將大大增加。

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