MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

前言

　　自動(dòng)控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、航空及航天業(yè)、軍事工業(yè)等眾多產(chǎn)業(yè)部門，極大地提高了社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善了人們的勞動(dòng)條件，豐富并提高了人們的生活水平。在當(dāng)今的社會(huì)生活中，自動(dòng)化裝置無(wú)處不在，為人類文明進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)。在現(xiàn)代科學(xué)研究與工程技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，自動(dòng)控制起著越來(lái)越重要的作用?！　ATLAB（Matrix Laboratory即“矩陣實(shí)驗(yàn)室”）是當(dāng)今世界上最優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算軟件。MATLAB具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，豐富、方便的圖形功能，適用范圍廣、編程效率高、擴(kuò)充能力強(qiáng)、語(yǔ)句簡(jiǎn)單、易學(xué)易用，并且具有功能齊備的自動(dòng)控制軟件工具包等優(yōu)點(diǎn)，這也是它廣為流傳的原因。特別是當(dāng)今世界上控制界的很多權(quán)威專家，在各自從事的控制領(lǐng)域里開發(fā)了具有特殊功能的軟件工具箱，使得MATLAB從一個(gè)工程計(jì)算軟件變?yōu)樽詣?dòng)控制計(jì)算與仿真領(lǐng)域的強(qiáng)有力工具。MATLAB的控制工具箱，已覆蓋了控制系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，每一個(gè)工具箱都是當(dāng)今世界上該控制領(lǐng)域里最頂尖、最優(yōu)秀的計(jì)算與仿真軟件。因此MATLAB已經(jīng)成為國(guó)際、國(guó)內(nèi)控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的，并且被廣泛采用的控制系統(tǒng)計(jì)算與仿真軟件?！　≡趪?guó)外MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美高校，MATLAB已經(jīng)成為自動(dòng)控制與各類高級(jí)課程的基本數(shù)學(xué)工具，成為各高校大學(xué)生、研究生必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能?！　”緯到y(tǒng)地介紹了MATLAB的基本功能、 操作及其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。書中內(nèi)容由淺入深，結(jié)合大量實(shí)例，分析了MATLAB的基礎(chǔ)知識(shí)及程序設(shè)計(jì)等各方面知識(shí)。結(jié)合實(shí)際控制系統(tǒng)的實(shí)例，詳細(xì)介紹了借助于MATLAB進(jìn)行控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的方法與過(guò)程。本書具有以下特點(diǎn)：　?。?）內(nèi)容系統(tǒng)而完整，上篇主要介紹MATLAB仿真工具，下篇是核心內(nèi)容，它與自動(dòng)控制理論課程銜接緊密，例題豐富，實(shí)用性強(qiáng)?！　。?）本書的程序經(jīng)作者反復(fù)調(diào)試，既能夠在MATLAB中運(yùn)行，也能夠在Notebook中運(yùn)行?！　。?）本書大量的例題，均選自國(guó)內(nèi)高校廣泛使用的自動(dòng)控制原理的經(jīng)典教材與考研輔導(dǎo)用書，極具典型性與參考價(jià)值，本書還可供讀者上機(jī)進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練或?qū)嶒?yàn)使用?！　。?）本書敘述清楚，概念闡述準(zhǔn)確，深入淺出，通俗易懂，方便自學(xué)?！　≡摃〔南冗M(jìn)實(shí)用，講解深入淺出，各章均有大量用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)的仿真實(shí)例，便于讀者掌握和鞏固所學(xué)知識(shí)?！　∪珪謨善?0章。　　上篇為MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，包括1～4章，主要介紹MATLAB的基礎(chǔ)知識(shí)、MATLAB數(shù)值運(yùn)算、MATLAB符號(hào)運(yùn)算、MATLAB程序設(shè)計(jì)?！　∠缕獮樽詣?dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)，包括5～10章，主要介紹控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)、仿真環(huán)境Simulink的適用基礎(chǔ)、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實(shí)現(xiàn)、控制系統(tǒng)分析、經(jīng)典控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真?！　楸阌谡f(shuō)明程序中的函數(shù)，本書有些公式中的變量符號(hào)采用正體?！　∮捎跁r(shí)間倉(cāng)促，加上作者學(xué)識(shí)水平有限，書中難免有錯(cuò)誤與疏漏之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

全書分兩篇，共10章。上篇為MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要介紹MATLAB的基礎(chǔ)知識(shí)、MATLAB數(shù)值運(yùn)算、MATLAB符號(hào)運(yùn)算、MATLAB程序設(shè)計(jì)。下篇為自動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB實(shí)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(xué)模型的MATLAB實(shí)現(xiàn)、控制系統(tǒng)分析、經(jīng)典控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真?！　”緯庠谧屪x者盡快掌握MATLAB提供的編程環(huán)境和工具進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。書中列舉大量實(shí)例來(lái)幫助讀者理解和掌握MATLAB編程和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的技巧?！　”緯髡鹿?jié)之間既相互聯(lián)系又相互獨(dú)立，讀者可根據(jù)自己的需要選擇閱讀。本書可作為高校理工科本科生和研究生的教學(xué)參考用書，也可供自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)仿真及其相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)和研究人員參考。

書籍目錄

第1章 MATLAB知識(shí)簡(jiǎn)介 　1.1 MATLAB概述 　1.2 MATLAB的基本操作 　　1.2.1 MATLAB語(yǔ)言特點(diǎn) 　　1.2.2 MATLAB的M文件介紹 　　1.2.3 MATLAB的使用命令 　　1.2.4 MATLAB函數(shù)舉例 　1.3 MATLAB 窗口的基本操作 　　1.3.1 命令窗口的使用 　　1.3.2 Figure窗口的圖形操作功能 　　1.3.3 GUI（圖形用戶接口） 　　1.3.4 自定義函數(shù) 　　1.3.5 交互控制 第2章 MATLAB數(shù)組與矩陣運(yùn)算 　2.1 MATLAB的數(shù)組與矩陣運(yùn)算 　　2.1.1 數(shù)組與矩陣的基本概念 　　2.1.2 數(shù)組或矩陣元素的標(biāo)識(shí) 　　2.1.3 數(shù)組與矩陣的輸入方法 　　2.1.4 向量的生成及其運(yùn)算 　　2.1.5 矩陣的特有運(yùn)算 　　2.1.6 字符串作為字符數(shù)組的示例 　2.2 多項(xiàng)式及其運(yùn)算 　　2.2.1 多項(xiàng)式運(yùn)算函數(shù) 　　2.2.2 多項(xiàng)式運(yùn)算舉例 第3章 符號(hào)運(yùn)算 　3.1 算術(shù)符號(hào)操作 　3.2 基本運(yùn)算 　　3.2.1 函數(shù)計(jì)算器 　　3.2.2 微積分 　　3.2.3 符號(hào)函數(shù)的作圖 　　3.2.4 積分變換 　　3.2.5 Taylor級(jí)數(shù) 　　3.2.6 其他 　3.3 復(fù)變函數(shù)計(jì)算的MATLAB實(shí)現(xiàn) 　　3.3.1 復(fù)數(shù)的概念 　　3.3.2 MATLAB關(guān)于復(fù)變量的函數(shù)命令 　　3.3.3 復(fù)數(shù)的生成與創(chuàng)建復(fù)矩陣 　　3.3.4 復(fù)數(shù)的幾何表示 　　3.3.5 復(fù)數(shù)代數(shù)運(yùn)算的MATLAB實(shí)現(xiàn) 第4章 MATLAB程序設(shè)計(jì) 　4.1 文件與程序結(jié)構(gòu) 　　4.1.1 M文件 　　4.1.2 輸入與輸出 　4.2 參數(shù)與變量 　　4.2.1 參數(shù) 　　4.2.2 全局變量和局部變量 　4.3 數(shù)據(jù)類型 　4.4 程序結(jié)構(gòu) 　　4.4.1 順序結(jié)構(gòu) 　　4.4.2 循環(huán)結(jié)構(gòu) 　　4.4.3 分支結(jié)構(gòu) 　　4.4.4 程序終止控制語(yǔ)句 　　4.4.5 程序異常處理語(yǔ)句 　4.5 程序流控制語(yǔ)句 　　4.5.1 echo指令 　　4.5.2 pause指令 　　4.5.3 keyboard指令 　　4.5.4 break指令 　4.6 MATLAB函數(shù) 　　4.6.1 函數(shù) 　　4.6.2 子函數(shù) 　　4.6.3 私有函數(shù) 　　4.6.4 嵌套函數(shù) 　4.7 MATLAB程序調(diào)試 　　4.7.1 調(diào)試方法 　　4.7.2 調(diào)試工具 第5章 控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 　5.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 　　5.1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念 　　5.1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 　　5.1.3 控制系統(tǒng)性能要求 　5.2 經(jīng)典控制理論基礎(chǔ) 　　5.2.1 傳遞函數(shù)模型 　　5.2.2 零極點(diǎn)增益模型 　　5.2.3 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 　　5.2.4 控制系統(tǒng)的頻域分析 　　5.2.5 控制系統(tǒng)的根軌跡分析 　5.3 現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ) 　　5.3.1 狀態(tài)空間模型 　　5.3.2 控制系統(tǒng)的可控性與可觀測(cè)性 　　5.3.3 極點(diǎn)配置設(shè)計(jì) 　　5.3.4 最優(yōu)控制設(shè)計(jì) 　　5.3.5 魯棒控制理論 第6章 仿真環(huán)境Simulink使用基礎(chǔ) 第7章 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實(shí)現(xiàn) 第8章 控制系統(tǒng)分析 第9章 經(jīng)典控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 第10章 現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 MATLAB知識(shí)簡(jiǎn)介　　1.1　MAT/AB概述　　在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，為了克服一般語(yǔ)言對(duì)大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，尤其當(dāng)涉及到矩陣運(yùn)算時(shí)編制程序復(fù)雜、調(diào)試麻煩等困難，美國(guó)Math Works公司于1967年構(gòu)思并開發(fā)了矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory，MATLAB）軟件包。經(jīng)過(guò)不斷更新和擴(kuò)充，該公司于1984年推出MATLAB的正式版，特別是1992年推出具有劃時(shí)代意義的MATLAB 4.0版，并于1993年推出其微機(jī)版，以配合當(dāng)時(shí)日益流行的Microsoft Windows操作系統(tǒng)。截止到2005年，該公司先后推出了MATLAB 4.x、MATLAB 6.x，以及MATLAB 7.x等版本，該軟件的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。　　盡管MATLAB開始并不是為控制理論與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們編寫的，但以它的“語(yǔ)言”化的數(shù)值計(jì)算，強(qiáng)大的矩陣處理及繪圖功能，以及靈活的可擴(kuò)充性和產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)思路，很快就為自動(dòng)控制界的研究人員所矚目。目前，在自動(dòng)控制、圖像處理、語(yǔ)言處理、信號(hào)分析、振動(dòng)理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)、時(shí)序分析和系統(tǒng)建模等領(lǐng)域，由著名專家與學(xué)者以MATLAB為基礎(chǔ)開發(fā)的實(shí)用工具箱極大地豐富了MATLAB的內(nèi)容。

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