反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析-MATLAB語言應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了反饋控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的理論問題，并介紹了MATLAB語言及相應(yīng)工具箱在控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。本書既包括了傳統(tǒng)控制理論課程中的核心內(nèi)容，又適當(dāng)?shù)匾肟刂葡到y(tǒng)理論的新進(jìn)展，諸如控制系統(tǒng)的魯棒分析、PID控制的各種設(shè)計(jì)方法及線性系統(tǒng)的魯棒控制等問題，取材合理，形成了一個(gè)完整的體系。
本書可作為高校自動(dòng)化類專業(yè)的研究生與高年級(jí)本科生反饋控制課程教材，也可作為“自動(dòng)控制原理”、“線性系統(tǒng)”、“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”等課程的教材或參考書，還可供其它專業(yè)的學(xué)生和科技工作者、教師作為學(xué)習(xí)自動(dòng)控制理論的參考材料。

書籍目錄

第1章 反饋控制系統(tǒng)引論
1．1 反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
1．2 反饋控制理論的發(fā)展綜述
1．3 本書的結(jié)構(gòu)
1．4 計(jì)算機(jī)輔助工具 MATLAB語言簡介
1．4、1 MATLAB語言引論
1．4．2 標(biāo)準(zhǔn)MATLAB語句與函數(shù)
1．4．3 MATLAB語言的圖形功能
1．4．4 MATLAB語言的聯(lián)機(jī)幫助功能
1．4．5 MATLAB工具箱介紹
習(xí)題
第2章 反饋控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2．1 系統(tǒng)建模舉例
2．2 Laplace變換與傳遞函數(shù)模型
2．3 其它數(shù)學(xué)模型的表示方法
2．3．1 狀態(tài)方程模型
2．3．2 零極點(diǎn)模型
2．4 相互連接框圖的模型表示
2．4．1 串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)
2．4．2 并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)
2．4．3 反饋連接結(jié)構(gòu)
2．4．4 更復(fù)雜的連接結(jié)構(gòu)
2．5 不同模型對象間的相互轉(zhuǎn)換
2．5．1 由LTI對象轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)
2．5．2 將LTI對象轉(zhuǎn)換成零極點(diǎn)模型
2．5．3 系統(tǒng)的狀態(tài)方程實(shí)現(xiàn)
2．6 更復(fù)雜系統(tǒng)的模型處理方法
2．6．1 Simulink建模方法
2．6．2 非線性系統(tǒng)的線性化
習(xí)題
第3章線性控制系統(tǒng)的性質(zhì)
3．1 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3．1．1 直接判定方法
3．1．2 間接判定方法
3．1．3 反饋控制系統(tǒng)的內(nèi)部穩(wěn)定性
3．2 控制系統(tǒng)的可控性和可觀測性分析
3．2．1 系統(tǒng)的可控性分析
3．2．2 系統(tǒng)的可觀測性分析
3．2．3 系統(tǒng)的可控性和可觀測性 Gram矩陣
3．2．4 系統(tǒng)的可鎮(zhèn)定性和可檢測性分析
3．3 線性系統(tǒng)的Kalman分解
3．3．1 Kalman分解
3．3．2 最小實(shí)現(xiàn)問題的再認(rèn)識(shí)
3．4 系統(tǒng)的時(shí)間矩量與 Markov參數(shù)
3．4．1 關(guān)于s＝0展開――時(shí)間短量
3．4．2 關(guān)于s＝∞展開―― Markov參數(shù)
3．5 反饋控制系統(tǒng)的魯棒性分析
3．5．1 信號(hào)與系統(tǒng)的范數(shù)測度
3．5．2 計(jì)算H↓2范數(shù)的方法
3．5．3 計(jì)算H∞范數(shù)的方法
3．5．4 靈敏度和補(bǔ)靈敏度函數(shù)
3．5．5 穩(wěn)定性裕量分析
習(xí)題
第4章 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析
4．1 系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的解析解算法
4．1．1 部分分式展開方法
4．1．2 狀態(tài)空間解法
4．2 二階系統(tǒng)的演示例子
4．2．1 解析解研究
4．2．2 不同參數(shù)下的系統(tǒng)響應(yīng)比較
4．2．3 脈沖響應(yīng)分析
4．3 線性系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分析
4．3．1 時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)
4．3．2 求取階躍響應(yīng)的方法
4．4 線性系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)分析
4．5 任意輸入下的時(shí)域響應(yīng)分析
4．5．1 利用MATLAB進(jìn)行線性系統(tǒng)分析
4．5．2 應(yīng)用MATLAB語言分析非線性系統(tǒng)
4．5．3 應(yīng)用 Simulink分析系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)
4．6 帶有延遲的系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)分析
4．6．1 時(shí)間延遲函數(shù)的Pade近似
4．6．2 閉環(huán)系統(tǒng)的近似分析
4．7 控制系統(tǒng)工具箱中的系統(tǒng)分析工具 LTIView
習(xí)題
第5章 線性系統(tǒng)的復(fù)域與頻域分析
5．1 線性系統(tǒng)的根軌跡分析
5．1．1 二階系統(tǒng)的根軌跡分析
5．1．2 根軌跡繪制原理
5．1．3 繪制根軌跡的MATLAB工具
5．1．4 主導(dǎo)極點(diǎn)的等δ和等ω↓n線
5．1．5 時(shí)間延遲系統(tǒng)的根軌跡
5．1．6 基于根軌跡的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具 RLTool
5．2 線性系統(tǒng)的頻域分析與 Nyquist圖
5．2．1 頻域分析入門
5．2．2 Nyquist圖的一般描述
5．2．3 二階系統(tǒng)的Nyquist圖
5．2．4 Nyquist圖與穩(wěn)定性定理
5．2．5 常規(guī)Nyquist圖的非線性變換
5．3 線性系統(tǒng)的閉環(huán)頻域響應(yīng)
5．3．1 等M圓與等N圓
5．3．2 頻域響應(yīng)的閉環(huán)特性
5．4 線性系統(tǒng)的 Bode圖分析
5．4．1 線性系統(tǒng)的 Bode圖
5．4．2 二階系統(tǒng)的Bode圖
5．4．3 Bode圖的漸近線
5．4．4 由BOde圖判定系統(tǒng)穩(wěn)定性
5．4．5 應(yīng)用MATLAB繪制Bode圖
5．5 Nichols曲線
5．5．1 等M（ω）線和等α（ω）線
5．5．2 Nichols曲線的系統(tǒng)分析方法
5．6 系統(tǒng)頒域分析的其它內(nèi)容
5．6．1 幅值裕量與相位裕量
5．6．2 非最小相位系統(tǒng)的頻域響應(yīng)
5．6．3 時(shí)間延遲系統(tǒng)的頻域響應(yīng)
5．6．4 靈敏度函數(shù)的頻域表示
習(xí)題
第6章 控制系統(tǒng)的經(jīng)典設(shè)計(jì)技術(shù)
6．1 串聯(lián)超前滯后補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
6．1．1 超前滯后校正入門
6．1．2 由相位裕量設(shè)定的方法進(jìn)行超前滯后校正
6．2 線性二次型最優(yōu)控制
6．2．1 線性二次型最優(yōu)控制策略
6．2．2 線性二次型調(diào)節(jié)器問題
6．2．3 加權(quán)矩陣選擇
6．2．4 觀測器與觀測器設(shè)計(jì)
6．2．5 狀態(tài)反饋與基于觀測器的調(diào)節(jié)器與控制器設(shè)計(jì)
6．3 極點(diǎn)配置控制器設(shè)計(jì)
6．3．1 極點(diǎn)配置算法
6．3．2 部分極點(diǎn)配置問題
6．3．3 應(yīng)用極點(diǎn)配置技術(shù)設(shè)計(jì)觀測器
6．3．4 基于觀測器的極點(diǎn)配置調(diào)節(jié)器與控制器
6．4 模型跟蹤控制
6．4．1 不同指標(biāo)下的標(biāo)準(zhǔn)模型格式
6．4．2 模型跟蹤控制器設(shè)計(jì)
司題
第7章 PID控制器設(shè)計(jì)
7．1 PID控制器簡介
7．1．1 比例、積分、微分控制作用分析
7．1．2 微分動(dòng)作在反饋回路的PID控制
7．2 Ziegler－Nichols整定公式
7．2．1 Ziegler－Nichols整定經(jīng)驗(yàn)公式
7．2．2 微分動(dòng)作在反饋回路中實(shí)現(xiàn)的控制
7．2．3 帶有時(shí)間延遲的一階系統(tǒng)模型擬合
7．2．4 改進(jìn)的Ziegler－Nichols整定公式
7．3 其它PID控制器的整定方法
7．3．1 PID控制器的 Chien－Hrones－Reswick整定算法
7．3．2 Cohen－Coon整定公式
7．3．3 精調(diào)的 Ziegler－Nichols整定算法
7．3．4 預(yù)測性PI整走算法
7．4 高級(jí)PID整定方法
7．4．1 幅值與相位裕量設(shè)定的算法
7．4．2 內(nèi)部模型控制器
7．4．3 極點(diǎn)配置控制器整定
7．5 最優(yōu)PID控制器設(shè)計(jì)
7．5．1 設(shè)定點(diǎn)最優(yōu)PID控制器整定
7．5．2 擾動(dòng)抑制的PID控制器整定
7．5．3 基于福值和相位裕量設(shè)定PID控制器設(shè)計(jì)
7．5．4 改進(jìn)的幅值相位方法
7．6 PID控制的進(jìn)一步內(nèi)容
7．6．1 積分器回繞與抗回繞 PID控制器
7．6．2 自整定PID控制器
7．6．3 控制策略選擇
習(xí)題
第8章 魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
8．1 線性二次型 Gauss控制
8．1．1 線性二次型 Gauss問題
8．1．2 使用 MATLAB求解 LQG問題
8．1．3 帶有回路傳輸恢復(fù)的LQG控制
8．2 魯棒控制問題的一般描述
8．2．1 小增益定理
8．2．2 非結(jié)構(gòu)化的不確定性
8．2．3 魯棒控制結(jié)構(gòu)
8．2．4 MATLAB環(huán)境下的模型表示
8，2．5 處理虛軸上的極點(diǎn)
8．3　H∞控制器設(shè)計(jì)
8．3．1 在加權(quán)函數(shù)下增廣系統(tǒng)模型
8．3．2 在MATLAB下進(jìn)行加權(quán)模型增廣
8．3．3 加權(quán)靈敏度問題――一個(gè)簡單的情況研究
8．3．4 　H∞控制器設(shè)計(jì)――一般問題考慮
8．3．5 最優(yōu)H∞控制器設(shè)計(jì)
8．4　最優(yōu)H↓2控制器設(shè)計(jì)
8．5 關(guān)于H∞控制器設(shè)計(jì)的其它問題
8．5．1 特殊的H∞控制結(jié)構(gòu)
8．5．2 H∞控制中加權(quán)函數(shù)的影響
8．5．3 靈敏度問題的加權(quán)函數(shù)選擇
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
附錄A Laplace變換的計(jì)算機(jī)求解
A．1 基本 Laplace變換表
A．2 其它函數(shù)的導(dǎo)出變換
A．3 計(jì)算機(jī)輔助Laplace變換求解
A．3．1 應(yīng)用Mathematica軟件進(jìn)行Laplace變換
A．3．2 使用 MAfLAB的符號(hào)運(yùn)算工具箱進(jìn)行 Laplace變換
習(xí)題
附錄B 反饋系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)工具CtrlLAB簡介
B．1 引言
B．1．1 CtrlLAB簡介
B．1．2 程序安裝與系統(tǒng)要求
B．1．3 CtrlLAB程序的運(yùn)行
B．1．4 CtrlLAB的版權(quán)與聲明
B．2 系統(tǒng)模型輸入與轉(zhuǎn)換
B．2．1 傳遞函數(shù)模型輸入
B．2．2 其它模型表達(dá)式輸入
B．2．3 更復(fù)雜的系統(tǒng)模型的輸入
B．3 模型變換與降階
B．3．1 模型顯示
B．3．2 狀態(tài)方程實(shí)現(xiàn)
B．3．3 模型降階
B．4 控制系統(tǒng)分析
B．4．1 控制系統(tǒng)的頻域分析
B．4．2 控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)分析
B．4．3 系統(tǒng)特性分析
B．5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用實(shí)例
B．5．1 經(jīng)典控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能
B．5．2 PID控制器設(shè)計(jì)
B．5．3 魯棒控制器設(shè)計(jì)
B．6 基于圖形界面的輔助工具
B．6．1 矩陣處理程序
B．6．2 圖形處理程序
習(xí)題
附錄 C 作者編寫的MATLAB函數(shù)清單
索引

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無

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