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刘剑 袁帅 张凤 等编著 著

图书标签:

• 控制系统
• MATLAB
• 仿真
• 应用
• 自动控制
• 数学建模
• 工程仿真
• 信号处理
• 系统分析
• 控制工程

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111580829

版次：1

商品编码：12206677

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 普通高等教育电气信息类规划教材

开本：16开

出版时间：2017-10-01

用纸：胶版纸

页数：294

编辑推荐

1. 以工程实际控制系统为背景，注重系统性、逻辑性，将全书分为仿真基础、控制系统分析与设计、综合应用实例三个方面。
2. 利用MATLAB计算机辅助设计平台，将控制系统基本原理、分析设计方法与MATLAB仿真技术紧密衔接，力求通过仿真设计实例深入浅出地阐述控制系统理论方法。

内容简介

《控制系统MATLAB仿真与应用》从控制系统仿真的实际应用出发，在MATLAB语言基础上，系统讲述了控制系统计算机辅助设计的理论、方法及应用，主要内容分为三部分：MATLAB基础知识、控制系统分析与设计和综合应用实例。首先介绍了MATLAB 基础知识，包括概述、MATLAB程序设计基础与MATLAB 图形设计；然后着重阐述了控制系统数学模型及其MATLAB描述；介绍了控制系统分析与设计的基本控制理论与方法；在MATLAB平台下讲述了控制系统计算机辅助分析及设计； 在介绍Simulink基础上，阐述了控制系统Simulink仿真；后从不同角度给出了几个控制系统MATLAB仿真实例。
《控制系统MATLAB仿真与应用》可作为高等院校电气信息类电气工程及其自动化、自动化等相关专业本科生和研究生的教材或参考书，也可作为从事控制理论与控制工程相关技术人员学习的参考用书。
《控制系统MATLAB仿真与应用》配有电子教案，需要的教师可登录www.cmpedu.com免费注册，审核通过后下载，或联系编辑索取（QQ：2966938356，电话：010-88379739）。

目录

前言
第1章概述
1.1控制系统计算机辅助设计概述
1.1.1控制系统概述
1.1.2控制系统计算机辅助设计的发展及应用
1.2MATLAB简介
1.2.1MATLAB安装与启动
1.2.2程序界面环境
1.2.3目录设置与文件管理
1.2.4Simulink仿真环境
1.3本章小结
1.4习题
第2章MATLAB程序设计基础
2.1基本数据
2.1.1变量定义与管理
2.1.2数组与矩阵运算
2.1.3胞元与结构
2.2基本运算
2.2.1矩阵运算
2.2.2多项式运算
2.2.3常用函数运算
2.2.4符号运算
2.3程序设计
2.3.1基本语法
2.3.2程序结构
2.3.3逻辑控制
2.4M函数与M文件
2.4.1M函数
2.4.2M文件
2.5程序调试
2.5.1调试环境设置
2.5.2调试基本方式
2.6基本文件操作
2.6.1高级文件操作
2.6.2低级文件操作
2.6.3import操作
2.7本章小结
2.8习题
第3章MATLAB图形设计
3.1二维图形
3.1.1基本二维图形
3.1.2图形格式与标注
3.1.3二维专用图形
3.2三维图形
3.2.1基本三维曲线图形
3.2.2基本三维曲面图形
3.2.3三维专用图形
3.3图形界面
3.3.1图形窗口编辑
3.3.2图形窗口设计
3.4本章小结
3.5习题
第4章控制系统数学模型及其MATLAB描述
4.1控制系统概述
4.1.1系统组成
4.1.2控制方式
4.1.3控制类型
4.1.4控制目标
4.2常用数学模型及MATLAB描述
4.2.1微分方程
4.2.2传递函数
4.2.3系统结构框图
4.2.4状态空间表达式
4.3基于MATLAB的数学模型转换
4.3.1传递函数各形式的相互转换
4.3.2传递函数与状态空间表达式相互转换
4.3.3相似变换
4.3.4最小实现
4.4本章小结
4.5习题
第5章控制系统计算机辅助分析
5.1基于MATLAB的稳定性分析
5.1.1时域法稳定性分析
5.1.2根轨迹法稳定性分析
5.1.3频域法稳定性分析
5.1.4李雅普诺夫法稳定性分析
5.2基于MATLAB的随动性分析
5.2.1时域法随动性分析
5.2.2根轨迹法随动性分析
5.2.3频域法随动性分析
5.3基于MATLAB的准确性分析
5.3.1稳态误差
5.3.2动态误差
5.4基于MATLAB的能控性与能观性分析
5.4.1能控性分析
5.4.2能观性分析
5.5本章小结
5.6习题
第6章控制系统计算机辅助设计
6.1控制系统设计的基本方法
6.1.1经典方法
6.1.2现代方法
6.2基于MATLAB的根轨迹设计
6.2.1根轨迹方程
6.2.2增益设计法
6.2.3补偿设计法
6.3基于MATLAB的频率特性设计
6.3.1相位超前法
6.3.2相位滞后法
6.3.3相位滞后-超前法
6.4基于MATLAB的PID控制器设计
6.4.1PID控制规律
6.4.2模拟PID控制法
6.4.3数字PID控制法
6.5基于MATLAB的状态反馈设计
6.5.1状态反馈
6.5.2极点配置法
6.5.3状态观测器
6.6基于MATLAB的二次型优化设计
6.6.1连续系统最优二次型
6.6.2离散系统最优二次型
6.6.3二次型最优调节器设计
6.7本章小结
6.8习题
第7章控制系统Simulink仿真
7.1Simulink仿真环境
7.1.1基本模块
7.1.2基本设置
7.2Simulink功能模块
7.2.1基本功能模块
7.2.2自定义功能模块
7.3Simulink S函数
7.3.1S函数描述
7.3.2S函数设计
7.4控制系统Simulink仿真应用
7.4.1离散控制系统仿真
7.4.2连续控制系统仿真
7.5本章小结
7.6习题
第8章控制系统MATLAB仿真实例
8.1空调控制系统设计
8.1.1空调控制系统建模
8.1.2空调控制系统仿真
8.2锅炉内胆水温控制系统设计
8.2.1锅炉内胆温度数学模型建立
8.2.2锅炉内胆温度控制方案
8.2.3锅炉内胆水温控制系统仿真
8.3直流调速系统Simulink仿真设计
8.3.1直流调速系统设计
8.3.2比例积分控制的无静差直流调速系统数学建模
8.3.3直流调速系统Simulink仿真
8.4移动机器人SLAM设计
8.4.1基于EKF的SLAM方法
8.4.2移动机器人建模
8.4.3移动机器人EKF-SLAM仿真
8.5本章小结
附录MATLAB与C语言混合编程方法简介
参考文献

前言/序言

随着当今信息社会智能化的高速发展，自动控制的作用尤为突出，对自动控制技术及应用提出越来越高的要求。新的控制理论与方法需要借助计算机进行仿真与分析。在设计前期，利用仿真技术论证方案，进行经济技术比较，优选合理方案；在设计阶段，仿真技术可帮助设计人员优选系统结构，优化系统参数，以期获得系统最优品质和性能；在调试阶段，利用仿真技术分析系统响应与参数关系，指导调试工作，可以迅速完成调试任务；在运行阶段，利用仿真技术可以在不影响生产的条件下分析系统的工作状态，预防事故发生，寻求改进薄弱环节，以提高系统的性能和运行效率。
控制系统MATLAB仿真与应用课程作为电气信息类相关专业重要课程在国内外各高等院校普遍开设，在控制理论基础上，通过对MATLAB程序设计方法的学习，明确控制系统模型的描述方法，掌握控制系统及仿真的基本原理、算法和实现过程，已成为本科生、研究生、科研工作者必须掌握的基本技能之一。
《控制系统MATLAB仿真与应用》适应新形势下控制系统及计算机仿真需求，注重系统性、逻辑性，将全书分为仿真基础、控制系统分析与设计、综合应用实例三个方面。利用MATLAB计算机辅助设计平台，将控制系统基本原理、分析设计方法与MATLAB仿真技术紧密衔接，力求通过仿真设计实例深入浅出地阐述控制系统理论方法；从控制系统的性能指标要求出发，将控制系统时域分析法、根轨迹分析法、频率特性分析法、状态空间分析法、串联校正设计法、状态反馈设计法、极点配置法等不同的分析设计方法融合，首次提出从稳定性、随动性、准确性指标角度讲述控制系统分析设计方法；以工程实际控制系统为背景，在应用实例的设计上，既注重了程序代码尽量简洁明了，又注重程序设计操作步骤的详尽，使读者能够按照步骤完成实例操作后，并根据自己的想法，举一反三，提高创新应用能力。
MATLAB作为一种面向科学和工程计算的高级计算机语言，已成为国内外从事科学研究和工程设计不可缺少的工具软件。目前MATLAB仿真软件每年推出两个版本，已成为功能强大、界面形象、易于使用的仿真工具。《控制系统MATLAB仿真与应用》相关程序是在MATLAB R2015a版本上进行仿真验证的。
《控制系统MATLAB仿真与应用》由刘剑、袁帅、张凤等编写。第1章由张凤、李昌国完成，第2、3、7章由袁帅、尧晓、李思奇、毛红民完成，第4、5、6章由刘剑、赵悦、徐萌、马骏驰完成，第8章由路遥、李彤、李凌燕、宋昊霖完成，附录由袁帅、邢景怡完成。编者在各章编写中对相关程序全部进行了调试。刘剑、袁帅对全书进行了统稿。
在《控制系统MATLAB仿真与应用》编写过程中，查阅了大量资料，得到了很多同行的支持与帮助，在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中错误和不妥之处在所难免，敬请读者不吝指正。

智能时代的自动化引擎：探索现代控制理论的基石与实践 这是一本关于现代控制理论精髓及其在工程领域广泛应用的入门级著作。本书旨在为读者构建一个扎实的理论框架，并引导他们掌握将这些理论转化为实际解决方案的关键技能。我们相信，理解和掌握控制系统，就是理解和驾驭我们所处的这个日益智能化的世界。从自动驾驶汽车到智能电网，从机器人手臂到精准医疗设备，控制理论无处不在，驱动着科技进步和社会发展。 本书的叙事始于对控制系统的基本概念进行清晰而深入的解析。我们将一同探索“反馈”这一核心思想的强大力量，理解它如何使系统具备自我修正、稳定运行和响应外部扰动的能力。无论是简单的一阶系统，还是复杂的非线性系统，我们都将从其数学模型入手，揭示其内在的动态特性。本书强调了建立准确数学模型的重要性，并将介绍多种建模方法，包括基于物理原理的建模、实验辨识模型等，使读者能够根据实际情况选择最合适的方法。 在理论基石层面，本书将深入浅出地介绍经典控制理论的各项要点。我们将从根源出发，讲解如何通过系统的传递函数和框图来描述系统的输入输出关系，以及如何分析系统的稳定性。读者将学习到根轨迹、频率响应（如Bode图、Nyquist图）等强大的分析工具，这些工具能帮助我们直观地理解系统的性能，预测其行为。同时，本书也将着重介绍PID（比例-积分-微分）控制器，作为一种最通用、最有效的控制器设计方法，我们将详细阐述其参数整定技巧，并探讨如何通过调整参数来优化系统的瞬态响应和稳态精度。 然而，现代工程挑战往往超出了经典控制的范畴。因此，本书将毫不避讳地带领读者进入现代控制理论的殿堂。状态空间方法，作为现代控制的核心，将被细致地展现。读者将学习如何用状态向量来描述系统的内部状态，并理解状态方程和输出方程的意义。在此基础上，我们将深入探讨能控性和可观测性这两个关键概念，它们是设计最优控制器和状态观测器的基础。 本书对状态观测器的讲解尤为详尽，将涵盖Luenberger观测器等经典设计方法。读者将理解为何需要状态观测器，以及它如何在无法直接测量所有系统状态的情况下，依然能为控制器提供准确的状态估计。这将为理解更高级的自适应控制、鲁棒控制等打下坚实基础。 此外，最优控制理论的引入将为读者打开新的视野。我们将介绍二次型最优控制（LQR），一种在工程中被广泛应用的控制器设计方法。通过最小化一个二次型性能指标，LQR控制器能够在满足系统约束的前提下，实现最优的性能。本书将详细推导LQR的设计过程，并阐述其在实际应用中的优势。 随着系统复杂性的增加和性能要求的不断提高，对鲁棒性和自适应性的需求也日益迫切。本书将介绍鲁棒控制的基本思想，阐述如何设计能够抵御模型不确定性和外部扰动的控制器。同时，对于模型可能随时间变化的系统，自适应控制的原理也将被引入，帮助读者理解如何设计能够实时调整自身参数以适应系统变化的控制器。 本书不仅注重理论的讲解，更强调实践能力的培养。我们深知，理论的价值在于应用。因此，本书的每一章都将穿插丰富的工程实例，从机械臂的精确运动控制，到飞机姿态的稳定飞行，再到化学反应过程的温度控制，都将作为具体的案例进行分析。通过这些案例，读者可以直观地理解理论知识在解决实际问题中的应用，从而加深理解，巩固所学。 本书还将重点介绍先进的仿真技术在控制系统设计与分析中的作用。我们将引导读者了解如何利用各种仿真工具来构建和测试控制系统模型，评估不同控制器设计方案的性能，并进行参数优化。仿真不仅能够帮助我们提前发现潜在的问题，更重要的是，它极大地缩短了从理论到实际产品的开发周期，降低了研发成本。 在本书的最后部分，我们将对一些前沿的控制技术进行展望，包括模糊控制、神经网络控制等智能控制方法。这些方法在处理非线性、模糊和难以建模的系统时表现出独特的优势，是未来控制领域的重要发展方向。 本书的读者对象包括但不限于： 高等院校的在读学生： 无论是机械工程、电气工程、自动化、航空航天还是生物医学工程等专业的学生，本书都将为你提供坚实的控制理论基础和实用的应用技能。 工程技术人员： 致力于自动化、机器人、航空航天、汽车工业、能源、制造等领域的工程师，将能够利用本书的知识提升现有系统的性能，开发更智能、更高效的解决方案。 科研人员： 对控制理论及其交叉应用领域感兴趣的研究者，将能从本书的理论深度和实践广度中获得启发。 本书的编写风格力求严谨而不失通俗，理论分析深入浅出，数学推导清晰明了，同时辅以丰富的图示和实例，帮助读者克服理解上的难点。我们相信，通过本书的学习，读者将能够自信地面对各种控制工程挑战，成为驱动未来智能时代发展的关键力量。掌握控制的艺术，就是掌握创新的力量，改变世界的潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！我一直对控制系统很感兴趣，但理论知识总感觉有些抽象，难以真正理解其精髓。直到我偶然发现了《控制系统MATLAB仿真与应用》，一切都改变了。书中不仅仅罗列了各种控制理论，更是将它们生动地呈现在MATLAB仿真环境中。我尤其喜欢它循序渐进的教学方式，从最基础的PID控制原理讲起，到状态空间模型、模糊控制、神经网络控制等更复杂的概念，都配有详细的MATLAB代码示例。我跟着书中的步骤一步步操作，看着仿真结果一点点呈现，那种豁然开朗的感觉简直太棒了！以前那些枯燥的公式和概念，现在都变得直观易懂。特别是书中的案例分析，涵盖了从机械臂到飞行器等多个领域的应用，让我看到了控制理论在现实世界中的巨大价值。我甚至尝试着将书中学习到的知识应用到我自己的一个小型机器人项目中，效果出奇的好。这本书不仅提升了我的理论认知，更重要的是锻炼了我的实践能力。我强力推荐给所有对控制系统感兴趣的学习者，无论你是初学者还是有一定基础，这本书都会带给你惊喜！

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我起初是被这本书的“MATLAB仿真”这个关键词吸引的。我是一名软件工程师，虽然不是科班出身，但对机械自动化领域一直抱有浓厚的兴趣，尤其是看到一些复杂的系统如何通过精妙的控制算法得以运行，让我觉得非常着迷。然而，理论书籍往往过于学术化，难以入手。《控制系统MATLAB仿真与应用》这本书的出现，恰好填补了这一空白。它没有一开始就抛出晦涩的数学原理，而是从读者最容易理解和接受的仿真实验入手。书中通过一个又一个精心设计的仿真场景，将控制系统的基本概念，如稳定性、瞬态响应、稳态误差等，以最直观的方式呈现出来。我跟着书中的代码，自己动手尝试修改参数，观察结果的变化，这种互动式的学习体验非常有成就感。这本书让我看到了理论知识在实际应用中的强大生命力，也让我对控制系统有了更感性的认识。我从中不仅学到了控制算法的设计，更重要的是，我学会了如何通过仿真来验证和优化我的想法。对于非控制专业但对该领域感兴趣的朋友，这本书绝对是一个绝佳的入门选择。

评分☆☆☆☆☆

作为一名即将毕业的自动化专业学生，我一直在寻找一本能够帮助我巩固课堂知识并提升实践技能的参考书。《控制系统MATLAB仿真与应用》这本书可以说是解决了我的燃眉之急。它不是一本纯理论的书籍，也不是一本只教写代码的“工具书”，而是巧妙地将理论与实践完美结合。书中对各种控制策略的原理讲解深入浅出，逻辑清晰，让我对PID、模糊逻辑、神经网络等控制器的内在机制有了更深刻的理解。更难能可贵的是，书中提供了大量基于MATLAB的仿真实例，从系统建模到控制器设计，再到仿真分析，每一个步骤都讲解得非常详细。我印象特别深刻的是关于模型预测控制（MPC）的部分，这在许多课程中都是一个比较抽象的概念，但书中通过具体的仿真案例，让我能够直观地看到MPC如何优化控制性能，预测未来行为。通过跟着书中的示例进行操作，我不仅掌握了MATLAB的仿真技巧，更重要的是，我对控制系统的设计流程和方法有了更扎实的掌握。这本书无疑为我未来的毕业设计和工作打下了坚实的基础，我非常推荐给所有自动化、电气工程以及相关专业的学生。

评分☆☆☆☆☆

我之前尝试过学习一些控制系统的知识，但总是感觉抓不住重点，尤其是数学公式推导和理论模型构建，让我头疼不已。后来我朋友推荐了《控制系统MATLAB仿真与应用》，说这本书非常实用。试读后，我才明白为什么它如此受欢迎。这本书的重点不在于长篇大论的数学推导，而是通过MATLAB这个强大的工具，让读者亲手去实现和验证各种控制算法。书中对各种经典控制器的原理介绍非常清晰，然后立刻就给出了MATLAB代码实现，并且会展示仿真结果。例如，在讲解根轨迹的时候，它会一步步教你怎么用MATLAB画出根轨迹图，让你直观地理解系统参数变化对稳定性的影响。还有李雅普诺夫稳定性分析，在其他书中可能只是一个理论定理，但在本书中，你会学到如何用MATLAB来构建李雅普诺夫函数并进行仿真验证。书中的代码注释也很详细，很容易理解每一行代码的作用。对于我这种动手能力比较强，喜欢边学边做的人来说，这本书简直是福音。我强烈建议那些希望将理论转化为实践的学习者，一定要入手这本书，它会让你对控制系统有一个全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大感受就是“豁然开朗”。我之前在学习控制理论时，总觉得那些数学模型和公式离实际应用太遥远，很难想象它们是如何工作的。但《控制系统MATLAB仿真与应用》彻底颠覆了我的认知。它就像一座桥梁，将枯燥的理论和鲜活的现实连接了起来。书中的内容从基础的传递函数建模，到复杂的自适应控制和鲁棒控制，都辅以大量的MATLAB仿真案例。我跟着书中的步骤，一步步在MATLAB环境中搭建模型、设计控制器、进行仿真，亲眼看着不同的控制策略对系统性能产生的影响，这比单纯地阅读公式要有意义得多。我特别喜欢书中对实际工程问题的分析，比如如何根据具体要求设计PID参数，如何对非线性系统进行建模和控制。这些案例让我真切地体会到控制理论的强大应用价值。这本书不仅教会了我如何使用MATLAB进行仿真，更重要的是，它教会了我如何用控制的思维去分析和解决问题。对于任何希望将控制理论知识真正转化为解决实际问题能力的读者来说，这本书绝对是不可多得的宝藏。