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张袅娜，冯雷编 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111448624

商品编码：29699890017

包装：平装

出版时间：2014-01-01

基本信息

书名:控制系统仿真(21世纪高等院校电气信息类系列教材)

定价：33.00元

售价：22.4元,便宜10.6元,折扣67

作者:张袅娜,冯雷编

出版社：机械工业出版社

出版日期：2014-01-01

ISBN：9787111448624

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

　　《控制系统仿真/21世纪高等院校电气信息类系列教材》从工程应用角度出发，为控制系统的分析、设计和综合研究提供了先进的技术手段；从MATLAB/Simulink基础知识、控制系统数学模型、控制系统分析、控制器设计、控制系统仿真实验等几个方面讲述了运用MATLAB进行控制系统分析和设计的方法。《控制系统仿真/21世纪高等院校电气信息类系列教材》共分7章，包括控制系统仿真的基本概念与步骤、MATLAB语言基础、Simulink仿真工具、控制系统数学模型、控制系统时域分析、频域分析、稳定性分析、根轨迹分析法、线性系统的状态可控性与状态可观性分析、李雅普诺夫稳定性分析、控制器设计、控制系统仿真实验等内容。各章通过具体的应用实例和习题帮助读者理解和掌握自动控制原理、现代控制理论以及MATLAB/Simulink相关功能和工具的使用。
　　《控制系统仿真/21世纪高等院校电气信息类系列教材》各章节之间的内容既相互联系又相对独立，读者可根据需要进行选择性阅读。本书可作为高等院校控制工程、自动化、机电、测控技术等专业学生和研究生的教学参考用书，也可作为相关领域的工程技术和研究人员的参考用书。

目录

出版说明
前言
章 绪论
1.1 控制系统仿真的基本概念
1.1.1 仿真的基本概念
1.1.2 计算机仿真的分类
1.1.3 控制系统仿真
1.2 控制系统仿真研究的步骤
1.3 控制系统仿真的应用和发展
1.3.1 控制系统仿真的应用
1.3.2 控制系统仿真的发展
1.4 MATLAB/Simulink简介
1.4.1 MATLAB简介
1.4.2 Simulink简介
1.5 本章小结
第2章 MATLAB语言基础
2.1 MATLAB的编程环境
2.1.1 MATLAB启动和退出
2.1.2 MATLAB的命令窗口
2.1.3 MATLAB的工作空间
2.1.4 当前目录窗口
2.1.5 命令历史窗口
2.1.6 MATLAB文件管理
2.1.7 MATLAB帮助使用
2.1.8 数据交换系统
2.2 MATLAB基础知识
2.2.1 变量与常量
2.2.2 数字变量的运算及显示格式
2.2.3 字符串
2.3 矩阵运算
2.3.1 矩阵生成
2.3.2 矩阵基本操作
2.3.3 矩阵运算
2.4 数组运算
2.4.1 基本数学运算
2.4.2 关系运算
2.4.3 逻辑运算
2.4.4 基本初等函数
2.5 符号运算
2.6 矩阵函数
2.6.1 三角分解法
2.6.2 正交分解法
2.6.3 奇异值分解法
2.6.4 特征值分解法
2.6.5 矩阵的秩
2.6.6 多项式
2.7 MATLAB常用绘图命令
2.7.1 二维图形的绘制
2.7.2 三维图形
2.7.3 图形的输出
2.8 MATLAB程序设计
2.8.1 M文件编辑器
2.8.2 MATLAB程序类型
2.8.3 函数变量及变量作用域
2.8.4 子函数与私有函数
2.8.5 交互式输入
2.8.6 MATLAB程序流程控制
2.9 本章小结
习题
第3章 Simulink仿真工具
3.1 运行Simulink演示程序
3.2 Simulink模型的建立
3.2.1 Simulink模型窗口
3.2.2 Simulink模块库简介
3.2.3 Simulink模块的操作
3.2.4 模块的连接
3.2.5 模块的参数修改
3.2.6 Simulink模块的联机帮助系统
3.2.7 Simulink模型的输出与打印
3.2.8 Simulink模型举例
3.3 Simulink的仿真方法
3.3.1 仿真过程的设置
3.3.2 系统仿真
3.3.3 模糊控制系统的仿真
3.4 S-函数
3.4.1 S-函数的工作方式
3.4.2 用MATLAB语言编写S-函数
3.4.3 用C语言编写S-函数
3.5 本章小结
习题
第4章 控制系统数学模型
4.1 动态过程微分方程描述
4.2 动态过程的传递函数描述
4.2.1 传递函数定义与性质
4.2.2 传递函数零极点表示
4.2.3 传递函数的部分分式表示
4.2.4 典型环节的传递函数及其时域响应
4.2.5 高阶系统的时域分析
4.3 动态过程状态空间描述
4.4 系统模型转换及连接
4.4.1 模型转换
4.4.2 模型连接
4.5 本章小结
习题
第5章 控制系统分析
5.1 时域分析
5.1.1 典型输入信号
5.1.2 动态性能指标
5.1.3 线性系统时域响应
5.1.4 时域分析相关的MATLAB函数
5.1.5 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用
5.2 稳定性分析
5.2.1 稳定性基本概念
5.2.2 稳定性判据
5.2.3 稳态误差计算
5.2.4 MATLAB在稳定性分析中的应用
5.3 根轨迹分析
5.3.1 幅值条件和相角条件
5.3.2 绘制根轨迹的一般法则
5.3.3 广义根轨迹
5.3.4 根轨迹分析相关的MATLAB函数
5.3.5 MATLAB在绘制根轨迹图中的应用
5.4 频域分析
5.4.1 频率特性
5.4.2 典型环节频率响应分析
5.4.3 闭环频率响应分析
5.4.4 稳定性分析
5.4.5 频域分析相关的MATLAB函数
5.4.6 MATLAB在绘制频率特性中的应用
5.5 线性系统的状态可控性与状态可观性分析
5.5.1 状态可控性
5.5.2 状态可观性
5.5.3 MATLAB在状态可控性和可观性分析中的应用
5.6 李雅普诺夫稳定性分析
5.6.1 李雅普诺夫法
5.6.2 李雅普诺夫第二法
5.6.3 利用MATLAB进行系统稳定性分析
5.7 本章小结
习题
第6章 控制器设计
6.1 PID控制器设计
6.1.1 PID控制器概述
6.1.2 比例控制器
6.1.3 积分控制器
6.1.4 比例积分控制器
6.1.5 比例微分控制器
6.1.6 比例积分微分控制器
6.2 PID控制器参数整定
6.2.1 Ziegler-Nichols整定法
6.2.2 临界振荡法
6.2.3 衰减曲线法
6.2.4 凑试法
6.3 控制系统校正的根轨迹法
6.3.1 基于根轨迹法的超前校正
6.3.2 基于根轨迹法的滞后校正
6.3.3 基于根轨迹法的超前滞后校正
6.4 控制系统校正的频率响应法
6.4.1 基于频率法的超前校正
6.4.2 基于频率法的滞后校正
6.5 状态反馈与极点配置
6.5.1 状态反馈
6.5.2 输出反馈
6.5.3 极点配置
6.6 状态观测器
6.7 本章小结
习题
第7章 控制系统仿真实验
7.1 MATLAB平台认识实验
7.2 MATLAB绘图
7.3 控制系统的阶跃响应
7.4 控制系统的根轨迹作图
7.5 直流电动机调速系统
7.6 交流电动机调速系统
7.7 本章小结
参考文献

作者介绍

文摘

序言

现代电气工程的基石：理论、实践与展望 这是一本深入探讨现代电气工程核心——控制系统——的著作，旨在为21世纪的电气信息类学子和工程师们构建坚实的理论基础与实践能力。本书并非仅仅罗列枯燥的公式与概念，而是以清晰的脉络，带领读者穿越控制理论的过去、现在与未来，展现其在驱动工业革命、提升生活品质、乃至探索宇宙奥秘中的关键作用。 第一篇：控制系统的理论基石——构建精准的数学模型 本篇聚焦于控制系统的核心——如何通过严谨的数学语言描述和分析物理系统的行为。我们将从最基础的系统建模入手，详细阐述经典控制理论的四大支柱： 微分方程与传递函数： 深入剖析如何运用微分方程准确刻画动态系统的演化规律，并在此基础上引出传递函数这一描述系统输入输出关系的强大工具。我们将逐一讲解不同类型系统（如RLC电路、机械振动系统、热传导系统等）的建模过程，并提供丰富的实例，让读者在实践中掌握模型构建的技巧。此外，我们将探讨复数域分析在传递函数中的应用，及其在理解系统频率响应方面的重要性。 时域分析： 在模型建立之后，理解系统在时间维度上的响应至关重要。本篇将详细介绍单位阶跃响应、单位脉冲响应等基本分析方法，通过分析系统的超调量、上升时间、调节时间、稳态误差等关键性能指标，评估系统的动态性能。我们将深入探讨系统的稳定性概念，包括劳斯-霍维茨判据等代数稳定判据，以及如何通过这些判据判断一个系统是否能够保持稳定。 频域分析： 频域分析为我们提供了另一种审视系统行为的视角，尤其适用于理解系统对不同频率信号的响应特性。我们将详细讲解奈奎斯特稳定性判据、根轨迹法、伯德图等核心工具。通过这些方法，读者可以直观地了解系统的带宽、相裕、增益裕度，并能据此预测系统在实际应用中的表现。根轨迹法将揭示系统参数变化对极点位置的影响，进而预测系统稳定性和动态特性的变化，为系统设计提供指导。伯德图则能清晰地展示系统在不同频率下的幅值和相位响应，帮助设计者在时域和频域之间进行权衡。 状态空间方法： 随着系统复杂度的增加，传统的输入输出模型已显不足。状态空间方法应运而生，为描述和分析多输入多输出（MIMO）以及内部状态复杂的系统提供了更强大的框架。本篇将系统介绍状态空间方程的建立、解法，并详细阐述可控性、可观测性等概念，以及它们在状态反馈和状态估计中的重要作用。我们将探讨如何将经典域的传递函数转换为状态空间模型，反之亦然，建立两者之间的桥梁。 第二篇：先进控制理论的探索——驾驭复杂动态系统 在掌握了经典控制的基础后，本篇将带领读者进入更广阔的先进控制理论领域，应对现实世界中层出不穷的复杂挑战。 数字控制系统： 随着计算机技术的飞速发展，数字控制系统已成为现代工业不可或缺的一部分。本篇将详细介绍采样定理、离散化方法，以及数字域的分析工具，如Z变换。我们将探讨数字控制器（如PID控制器）的设计与实现，并分析数字控制带来的优点和潜在问题，例如量化误差和采样抖动。 非线性控制： 现实世界中的许多系统都具有显著的非线性特性，例如摩擦、饱和、死区等。本篇将介绍分析和控制非线性系统的基本方法，包括李雅普诺夫稳定性理论、相平面分析、李萨如图分析等。我们将探讨如何处理具有复杂非线性行为的系统，并介绍一些先进的非线性控制策略，例如滑模控制、反馈线性化等。 最优控制： 在满足系统性能要求的前提下，如何实现最佳的控制效果是工程师们一直追求的目标。本篇将介绍最优控制的基本原理，包括性能指标的选取、变分法、庞特里亚金最小值原理以及动态规划等。我们将通过实际算例，演示如何设计最优控制器，以最小化燃料消耗、最大化输出功率等目标。 鲁棒控制与自适应控制： 现实系统往往面临模型不确定性、参数扰动以及外部干扰的影响。本篇将介绍鲁棒控制理论，旨在设计能够应对这些不确定性的控制器，确保系统在各种工况下都能稳定运行。我们将深入探讨H∞控制、μ合成等鲁棒控制方法。此外，我们将介绍自适应控制，其核心思想是控制器参数能够根据系统的变化和外界干扰进行实时调整，以保持优良的控制性能。 第三篇：控制系统的工程实践——从理论到应用的桥梁 本篇将视角从理论转向工程实践，强调理论知识在实际系统设计、实现与调试中的应用。 控制器设计与整定： 深入剖析比例-积分-微分（PID）控制器这一应用最广泛的控制器。我们将详细讲解PID控制的原理，包括P、I、D三个环节的作用，并介绍多种PID控制器参数的整定方法，如Ziegler-Nichols法、临界比例法、衰减法等。此外，还将讨论PID控制器的改进，如抗积分饱和、抗微分先行等，以应对实际应用中的挑战。 系统辨识： 在缺乏精确数学模型的情况下，如何从实验数据中识别出系统的模型是实际工程中的一个重要环节。本篇将介绍多种系统辨识方法，包括参数辨识和模型结构辨识，并详细讲解基于最小二乘法、最大似然法等算法。我们将讨论如何选择合适的模型结构，以及如何评估辨识模型的准确性。 仿真技术与工具： 仿真在控制系统设计、验证和调试过程中起着至关重要的作用。本篇将重点介绍主流的控制系统仿真软件，如MATLAB/Simulink等。我们将演示如何利用这些工具搭建控制系统模型，进行各种场景下的仿真分析，并对仿真结果进行解读。通过大量的实例，读者将掌握如何利用仿真技术加速研发周期，降低实验成本，并提高设计质量。 实际工程应用案例分析： 为了更好地展示控制理论的强大威力，本篇将精选多个来自不同领域的实际工程应用案例，例如工业过程控制（如炼油、化工）、机器人控制、航空航天系统、电力系统以及汽车电子等。我们将对这些案例进行深入剖析，展示如何运用前面学到的理论知识和仿真工具解决实际问题，并探讨不同应用场景下控制系统设计所面临的独特挑战。 第四篇：控制系统的前沿发展与未来展望——探索无限可能 本篇将目光投向控制理论和应用的未来，展望该领域的最新研究动态和发展趋势。 智能控制： 随着人工智能技术的飞速发展，智能控制正成为控制理论的研究热点。本篇将介绍模糊控制、神经网络控制、专家系统控制等智能控制方法，以及如何将这些技术与传统控制理论相结合，以应对更加复杂和动态变化的系统。我们将探讨如何利用机器学习算法来设计和优化控制器。 网络化控制系统（NCS）： 现代控制系统越来越倾向于通过网络进行通信和协同。本篇将介绍网络化控制系统的特点、优势以及面临的挑战，如通信延迟、丢包、安全性等。我们将探讨如何设计和分析在这种环境下工作的控制系统，以及相关的通信协议和同步机制。 分布式控制系统（DCS）： 对于大型、分散的系统，分布式控制已成为重要的解决方案。本篇将介绍分布式控制系统的架构、设计原则以及协同控制策略，并探讨其在智能电网、交通系统等领域的应用。 人机协作与安全控制： 在许多应用场景中，控制系统需要与人类进行高效、安全的交互。本篇将探讨人机协作的控制策略，以及如何确保控制系统的安全性和可靠性，特别是在关键基础设施和高风险领域。 结论 本书不仅是一本教科书，更是一份邀请，邀请读者一同探索控制系统这一迷人而重要的学科。通过理论与实践的有机结合，以及对前沿发展的深入洞察，本书旨在培养新一代的电气信息类人才，使其能够站在时代的潮头，运用控制理论的强大武器，解决更复杂的问题，驱动科技进步，为构建更美好的未来贡献力量。无论您是初涉控制领域的学生，还是经验丰富的工程师，相信本书都能为您提供宝贵的知识与启发。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计很有现代感，封面采用了简洁的线条和明亮的色彩组合，让人在书架上就能立刻注意到它。拿到手里分量十足，纸张的质感也很不错，印刷清晰，文字和图表的排版都十分考究，阅读起来很舒服。内页的布局也体现了编者的用心，重要的公式和概念都有特别的强调，这对于初学者来说无疑是一个很大的帮助。我尤其欣赏它在章节间的逻辑衔接上所做的努力，每一部分内容的过渡都显得自然流畅，让人能顺畅地跟上作者的思路，而不是感到知识点之间是孤立的存在。书中的插图和示意图绘制得非常专业，不仅美观，而且准确地传达了复杂的物理过程和结构原理，比单纯的文字描述有效得多。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格相当严谨，但又带着一种特有的学术魅力，读起来有一种被引领的感觉。作者在定义术语时非常精准，没有使用任何模棱两可的措辞，这在学习复杂系统时至关重要。我注意到，书中的例题设计极具巧思，它们不仅仅是用来检验公式应用的工具，更像是引导读者思考的“思维探针”。每一个例题背后似乎都隐藏着一个设计上的小陷阱或者一个需要特别注意的边界条件，这极大地锻炼了我的批判性思维和细节关注能力。有时候，即使是那些看似简单的证明过程，作者也会给出不同角度的解读，这种多维度的解析方式极大地加深了我对核心概念的理解，让我感觉自己是在和一位经验丰富的导师对话，而不是在被动地接收信息。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套资源体系也做得相当完善，这一点在自学过程中感受尤为深刻。无论是习题的详细解答，还是在线资源库中提供的仿真代码片段，都为我的学习提供了强大的支持。尤其是那些针对特定章节的补充阅读材料链接，让我能够根据自己的兴趣点进一步深入挖掘，拓宽了知识边界。整本书的编写思路清晰地展现了对当代工科人才培养需求的深刻理解——需要的不仅是知道“是什么”，更重要的是知道“怎么做”以及“为什么这样做”。读完第一遍后，我迫不及待地开始进行第二次复习，因为我发现，每次重读，都能在先前看似已经掌握的知识点上，挖掘出新的层次和更深的含义，这绝对是一本值得反复研读的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

内容方面，这本书的理论深度恰到好处，既没有陷入过度抽象的数学推导泥潭，也没有流于肤浅的科普介绍。它好像是在一个完美的平衡点上，既能满足专业学习的要求，又不会让读者在初次接触时感到望而生畏。作者在讲解经典控制理论时，总能巧妙地结合现代控制的视角进行对比和阐述，这种跨越时空的对话让知识体系显得更加完整和立体。比如在分析系统稳定性时，不仅详细回顾了李雅普诺夫方法，还引入了现代控制中关于鲁棒性的讨论，这种广阔的视野是很多传统教材所欠缺的。而且，书中对实际工程案例的引用非常及时和贴切，那些“理论联系实际”的章节，让我真切感受到了所学知识的价值和应用潜力。

评分☆☆☆☆☆

作为一本面向新世纪高等教育的教材，这本书在对前沿技术的融合上做得非常出色。它没有沉溺于过时的技术框架，而是大方地将数字控制、非线性系统的初步概念以及面向对象的设计思想融入了基础框架之中。特别是在介绍仿真工具的应用时，它没有仅仅停留在工具的使用说明书层面，而是深入探讨了如何利用这些工具来验证理论假设、优化设计参数，这才是真正有价值的知识。我特别喜欢其中关于离散化误差的讨论，它非常坦诚地指出了在将连续系统转换为数字模型时必须面对的局限性，并给出了几种处理策略的优劣对比，这种坦诚和前瞻性是衡量一本优秀教材的重要标准。