控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計

前言

美國The MathWorks公司推出的MATLAB語言一直是國際科學(xué)界應(yīng)用和影響最廣泛的三大計算機數(shù)學(xué)語言之一。從某種意義上講，在純數(shù)學(xué)以外的領(lǐng)域中，MATLAB語言有著其他兩種計算機數(shù)學(xué)語言Mathematica和Maple無法比擬的優(yōu)勢和適用面。在控制類學(xué)科中，MATLAB語言更是科學(xué)研究者首選的計算機語言。. 近十年來，隨著MATLAB語言和Simulink仿真環(huán)境在控制系統(tǒng)研究與教學(xué)中日益廣泛的應(yīng)用，在系統(tǒng)仿真、自動控制等領(lǐng)域，國外很多高校在教學(xué)與研究中都將MATLAB/Simulink語言作為首選的計算機工具。我國的科學(xué)工作者和教育工作者也逐漸認(rèn)識到MATLAB語言的重要性。MATLAB語言是一種十分有效的工具，能輕松地解決在..

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了國際控制界最流行的控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計語言MATLAB，側(cè)重于介紹MATLAB語言編程基礎(chǔ)與技巧、數(shù)學(xué)問題的MATLAB求解、線性系統(tǒng)計算機輔助分析、控制系統(tǒng)與其他復(fù)雜系統(tǒng)的Simulink建模，控制系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計方法，包括串聯(lián)控制器、狀態(tài)反饋控制器、多變量系統(tǒng)頻域設(shè)計、PID控制器設(shè)計、最優(yōu)控制器設(shè)計、LQG/LTR控制器設(shè)計、H2=H1 最優(yōu)控制、分?jǐn)?shù)階控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法優(yōu)化控制等。本書還介紹了基于dSPACE和Quanser的實時控制系統(tǒng)實驗方法。    本書可作為自動化專業(yè)"控制系統(tǒng)仿真"或"控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計"課程的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的研究人員與研究生參考。

作者簡介

薛定宇，獲得自動化專業(yè)學(xué)士（沈陽工業(yè)大學(xué)1985）、碩士（東北工學(xué)院1988）和博士學(xué)位（英NlSussex大學(xué)1992），現(xiàn)任東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。長期從事MATLAB語言、控制系統(tǒng)CAD等領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作，本書第一版曾被數(shù)萬篇博士、碩士論文引用。

書籍目錄

第1章 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計概述   1.1 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展綜述  1.2 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計語言環(huán)境綜述  1.3 仿真軟件的發(fā)展概況  1.4 MATLAB/Simulink與CACSD工具箱  1.5 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域的新方法  1.6 本書的基本結(jié)構(gòu)和內(nèi)容   1.7 習(xí)題  參考文獻(xiàn)第2章 MATLAB語言程序設(shè)計基礎(chǔ)  2.1 MATLAB程序設(shè)計語言基礎(chǔ)    2.1.1 MATLAB語言的變量與常量     2.1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    2.1.3 MATLAB的基本語句結(jié)構(gòu)    2.1.4 冒號表達(dá)式與子矩陣提取  2.2 基本數(shù)學(xué)運算    2.2.1 矩陣的代數(shù)運算    2.2.2 矩陣的邏輯運算    2.2.3 矩陣的比較運算    2.2.4 解析結(jié)果的化簡與變換    2.2.5 基本數(shù)論運算  2.3 MATLAB語言的流程結(jié)構(gòu)    2.3.1 循環(huán)結(jié)構(gòu)    2.3.2 條件轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)    2.3.3 開關(guān)結(jié)構(gòu)    2.3.4 試探結(jié)構(gòu)  2.4 函數(shù)編寫與調(diào)試    2.4.1 MATLAB語言函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)    2.4.2 可變輸入輸出個數(shù)的處理    2.4.3 inline函數(shù)與匿名函數(shù)  2.5 二維圖形繪制    2.5.1 二維圖形繪制基本語句    2.5.2 其他二維圖形繪制語句    2.5.3 隱函數(shù)繪制及應(yīng)用    2.5.4 圖形修飾  2.6 三維圖形表示    2.6.1 三維曲線繪制    2.6.2 三維曲面繪制    2.6.3 三維圖形視角設(shè)置  2.7 MATLAB語言與現(xiàn)代科學(xué)運算    2.7.1 線性代數(shù)問題的MATLAB求解    2.7.2 常微分方程問題的MATLAB求解    2.7.3 最優(yōu)化問題的MATLAB求解  2.8 本章要點簡介  2.9 習(xí)題   參考文獻(xiàn)第3章 線性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型  3.1 線性連續(xù)系統(tǒng)模型及MATLAB表示    3.1.1 線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型    3.1.2 線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程模型    3.1.3 線性系統(tǒng)的零極點模型    3.1.4 多變量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣模型  3.2 線性離散時間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型    3.2.1 離散傳遞函數(shù)模型    3.2.2 離散狀態(tài)方程模型  3.3 方框圖描述系統(tǒng)的化簡    3.3.1 控制系統(tǒng)的典型連接結(jié)構(gòu)    3.3.2 節(jié)點移動時的等效變換    3.3.3 復(fù)雜系統(tǒng)模型的簡化  3.4 系統(tǒng)模型的相互轉(zhuǎn)換    3.4.1 連續(xù)模型和離散模型的相互轉(zhuǎn)換    3.4.2 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的獲取     3.4.3 控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程實現(xiàn)    3.4.4 狀態(tài)方程的最小實現(xiàn)    3.4.5 傳遞函數(shù)與符號表達(dá)式的相互轉(zhuǎn)換  3.5 線性系統(tǒng)的模型降階    3.5.1 Padé降階算法與Routh降階算法    3.5.2 時間延遲模型的Padé近似    3.5.3 帶有時間延遲系統(tǒng)的次最優(yōu)降階算法    3.5.4 狀態(tài)方程模型的降階算法  3.6 線性系統(tǒng)的模型辨識    3.6.1 離散系統(tǒng)的模型辨識    3.6.2 離散系統(tǒng)辨識信號的生成    3.6.3 多變量離散系統(tǒng)的辨識    3.6.4 離散系統(tǒng)的遞推最小二乘辨識  3.7 本章要點小結(jié)  3.8 習(xí)題  參考文獻(xiàn)第4章 線性控制系統(tǒng)的計算機輔助分析第5章 Simulink在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用第6章 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計第7章 魯棒控制與魯棒控制器設(shè)計第8章 自適應(yīng)與智能控制系統(tǒng)設(shè)計第9章 半實物仿真與實時控制附錄A 積分變換問題MATLAB 求解附錄B 常用受控對象的實際系統(tǒng)模型附錄C 反饋系統(tǒng)程序CtrlLAB簡介參考文獻(xiàn)函數(shù)名索引索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   1.3 仿真軟件的發(fā)展概況 從前面提及的軟件包的局限性看，直接調(diào)用它們進(jìn)行系統(tǒng)仿真將有較大的困難，因為要掌握這些函數(shù)的接口是一件相當(dāng)復(fù)雜的事，準(zhǔn)確調(diào)用它們將更難；此外，有的軟件包函數(shù)調(diào)用直接得出的結(jié)果可信度也不是很高，因為軟件包的質(zhì)量參差不齊。 拋棄成型的軟件包另起爐灶自己編寫程序也不是很現(xiàn)實的事，畢竟在成型軟件包中包含有很多同行專家的心血，有時自己從頭編寫程序很難達(dá)到這樣的效果，所以必須采用經(jīng)過驗證且信譽著稱的高水平軟件包或計算機語言來進(jìn)行仿真研究。 仿真技術(shù)引起該領(lǐng)域各國學(xué)者、專家們的重視，建立起國際的仿真委員會(Simulation Councils Inc.,SC)，該公司于1967年通過了仿真語言規(guī)范。仿真語言CSMP(computer simulation modelling program)應(yīng)該屬于建立在該標(biāo)準(zhǔn)上的最早的專用仿真語言。中科院沈陽自動化研究所在1988年推出了該語言的推廣版本——CSMP-C。 20世紀(jì)80年代初期，美國Mitchell and Gauthier Associate公司推出了符合該標(biāo)準(zhǔn)的著名仿真語言ACSL(advanced continuous simulation language)[42]該語言出現(xiàn)后，由于其功能較強大，并有一些系統(tǒng)分析的功能，很快就在仿真領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。 和ACSL大致同時產(chǎn)生的還有瑞典Lund工學(xué)院Karl AstrSm教授主持開發(fā)的SIMNON，英國Salford大學(xué)的ESL[43]等，這些語言的編程語句結(jié)構(gòu)也是很類似的，因為它們所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)都是相同的。 計算機代數(shù)系統(tǒng)是在本領(lǐng)域中又一個吸引人的主題，而解決數(shù)學(xué)問題解析計算又是C語言直接應(yīng)用的難點。于是國際上很多學(xué)者在研究、開發(fā)高質(zhì)量的計算機代數(shù)系統(tǒng)。早期IBM公司開發(fā)的muMATH[44]和REDUCE[45]等軟件為解決這樣的問題提出了新的思路。后來出現(xiàn)的Maple和MathematiCa逐漸占領(lǐng)了計算機代數(shù)系統(tǒng)的市場，成為比較成功的實用工具。 早期的Mathematica可以和MATLAB語言交互信息，比如通過一個稱為MathLink的軟件接口就可以很容易地完成這樣的任務(wù)。為了解決計算機代數(shù)問題，MATLAB語言的開發(fā)者一美國The MathWorks公司也研制開發(fā)了符號運算工具箱(Symbolic Zoolbox)，該工具箱將Maple語言的內(nèi)核作為MArLAB符號運算的引擎，使得二者能更好地結(jié)合起來。

編輯推薦

《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材?普通高等教育"十一五"國家級規(guī)劃教材:控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計:MATLAB語言與應(yīng)用(第2版)》可作為自動化專業(yè)“控制系統(tǒng)仿真”或“控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計”課程的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的研究人員與研究生參考。

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