控製係統仿真(21世紀高等院校電氣信息類係列教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張裊娜，馮雷編 著

圖書標籤:

• 控製係統
• 仿真
• 電氣信息
• 教材
• 21世紀
• 高等教育
• MATLAB
• Simulink
• 自動控製
• 理論與實踐

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111448624

商品編碼：29699890017

包裝：平裝

齣版時間：2014-01-01

基本信息

書名:控製係統仿真(21世紀高等院校電氣信息類係列教材)

定價：33.00元

售價：22.4元,便宜10.6元,摺扣67

作者:張裊娜,馮雷編

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2014-01-01

ISBN：9787111448624

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

　　《控製係統仿真/21世紀高等院校電氣信息類係列教材》從工程應用角度齣發，為控製係統的分析、設計和綜閤研究提供瞭先進的技術手段；從MATLAB/Simulink基礎知識、控製係統數學模型、控製係統分析、控製器設計、控製係統仿真實驗等幾個方麵講述瞭運用MATLAB進行控製係統分析和設計的方法。《控製係統仿真/21世紀高等院校電氣信息類係列教材》共分7章，包括控製係統仿真的基本概念與步驟、MATLAB語言基礎、Simulink仿真工具、控製係統數學模型、控製係統時域分析、頻域分析、穩定性分析、根軌跡分析法、綫性係統的狀態可控性與狀態可觀性分析、李雅普諾夫穩定性分析、控製器設計、控製係統仿真實驗等內容。各章通過具體的應用實例和習題幫助讀者理解和掌握自動控製原理、現代控製理論以及MATLAB/Simulink相關功能和工具的使用。
　　《控製係統仿真/21世紀高等院校電氣信息類係列教材》各章節之間的內容既相互聯係又相對獨立，讀者可根據需要進行選擇性閱讀。本書可作為高等院校控製工程、自動化、機電、測控技術等專業學生和研究生的教學參考用書，也可作為相關領域的工程技術和研究人員的參考用書。

目錄

齣版說明
前言
章 緒論
1.1 控製係統仿真的基本概念
1.1.1 仿真的基本概念
1.1.2 計算機仿真的分類
1.1.3 控製係統仿真
1.2 控製係統仿真研究的步驟
1.3 控製係統仿真的應用和發展
1.3.1 控製係統仿真的應用
1.3.2 控製係統仿真的發展
1.4 MATLAB/Simulink簡介
1.4.1 MATLAB簡介
1.4.2 Simulink簡介
1.5 本章小結
第2章 MATLAB語言基礎
2.1 MATLAB的編程環境
2.1.1 MATLAB啓動和退齣
2.1.2 MATLAB的命令窗口
2.1.3 MATLAB的工作空間
2.1.4 當前目錄窗口
2.1.5 命令曆史窗口
2.1.6 MATLAB文件管理
2.1.7 MATLAB幫助使用
2.1.8 數據交換係統
2.2 MATLAB基礎知識
2.2.1 變量與常量
2.2.2 數字變量的運算及顯示格式
2.2.3 字符串
2.3 矩陣運算
2.3.1 矩陣生成
2.3.2 矩陣基本操作
2.3.3 矩陣運算
2.4 數組運算
2.4.1 基本數學運算
2.4.2 關係運算
2.4.3 邏輯運算
2.4.4 基本初等函數
2.5 符號運算
2.6 矩陣函數
2.6.1 三角分解法
2.6.2 正交分解法
2.6.3 奇異值分解法
2.6.4 特徵值分解法
2.6.5 矩陣的秩
2.6.6 多項式
2.7 MATLAB常用繪圖命令
2.7.1 二維圖形的繪製
2.7.2 三維圖形
2.7.3 圖形的輸齣
2.8 MATLAB程序設計
2.8.1 M文件編輯器
2.8.2 MATLAB程序類型
2.8.3 函數變量及變量作用域
2.8.4 子函數與私有函數
2.8.5 交互式輸入
2.8.6 MATLAB程序流程控製
2.9 本章小結
習題
第3章 Simulink仿真工具
3.1 運行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模塊庫簡介
3.2.3 Simulink模塊的操作
3.2.4 模塊的連接
3.2.5 模塊的參數修改
3.2.6 Simulink模塊的聯機幫助係統
3.2.7 Simulink模型的輸齣與打印
3.2.8 Simulink模型舉例
3.3 Simulink的仿真方法
3.3.1 仿真過程的設置
3.3.2 係統仿真
3.3.3 模糊控製係統的仿真
3.4 S-函數
3.4.1 S-函數的工作方式
3.4.2 用MATLAB語言編寫S-函數
3.4.3 用C語言編寫S-函數
3.5 本章小結
習題
第4章 控製係統數學模型
4.1 動態過程微分方程描述
4.2 動態過程的傳遞函數描述
4.2.1 傳遞函數定義與性質
4.2.2 傳遞函數零極點錶示
4.2.3 傳遞函數的部分分式錶示
4.2.4 典型環節的傳遞函數及其時域響應
4.2.5 高階係統的時域分析
4.3 動態過程狀態空間描述
4.4 係統模型轉換及連接
4.4.1 模型轉換
4.4.2 模型連接
4.5 本章小結
習題
第5章 控製係統分析
5.1 時域分析
5.1.1 典型輸入信號
5.1.2 動態性能指標
5.1.3 綫性係統時域響應
5.1.4 時域分析相關的MATLAB函數
5.1.5 MATLAB/Simulink在時域分析中的應用
5.2 穩定性分析
5.2.1 穩定性基本概念
5.2.2 穩定性判據
5.2.3 穩態誤差計算
5.2.4 MATLAB在穩定性分析中的應用
5.3 根軌跡分析
5.3.1 幅值條件和相角條件
5.3.2 繪製根軌跡的一般法則
5.3.3 廣義根軌跡
5.3.4 根軌跡分析相關的MATLAB函數
5.3.5 MATLAB在繪製根軌跡圖中的應用
5.4 頻域分析
5.4.1 頻率特性
5.4.2 典型環節頻率響應分析
5.4.3 閉環頻率響應分析
5.4.4 穩定性分析
5.4.5 頻域分析相關的MATLAB函數
5.4.6 MATLAB在繪製頻率特性中的應用
5.5 綫性係統的狀態可控性與狀態可觀性分析
5.5.1 狀態可控性
5.5.2 狀態可觀性
5.5.3 MATLAB在狀態可控性和可觀性分析中的應用
5.6 李雅普諾夫穩定性分析
5.6.1 李雅普諾夫法
5.6.2 李雅普諾夫第二法
5.6.3 利用MATLAB進行係統穩定性分析
5.7 本章小結
習題
第6章 控製器設計
6.1 PID控製器設計
6.1.1 PID控製器概述
6.1.2 比例控製器
6.1.3 積分控製器
6.1.4 比例積分控製器
6.1.5 比例微分控製器
6.1.6 比例積分微分控製器
6.2 PID控製器參數整定
6.2.1 Ziegler-Nichols整定法
6.2.2 臨界振蕩法
6.2.3 衰減麯綫法
6.2.4 湊試法
6.3 控製係統校正的根軌跡法
6.3.1 基於根軌跡法的超前校正
6.3.2 基於根軌跡法的滯後校正
6.3.3 基於根軌跡法的超前滯後校正
6.4 控製係統校正的頻率響應法
6.4.1 基於頻率法的超前校正
6.4.2 基於頻率法的滯後校正
6.5 狀態反饋與極點配置
6.5.1 狀態反饋
6.5.2 輸齣反饋
6.5.3 極點配置
6.6 狀態觀測器
6.7 本章小結
習題
第7章 控製係統仿真實驗
7.1 MATLAB平颱認識實驗
7.2 MATLAB繪圖
7.3 控製係統的階躍響應
7.4 控製係統的根軌跡作圖
7.5 直流電動機調速係統
7.6 交流電動機調速係統
7.7 本章小結
參考文獻

作者介紹

文摘

序言

現代電氣工程的基石：理論、實踐與展望 這是一本深入探討現代電氣工程核心——控製係統——的著作，旨在為21世紀的電氣信息類學子和工程師們構建堅實的理論基礎與實踐能力。本書並非僅僅羅列枯燥的公式與概念，而是以清晰的脈絡，帶領讀者穿越控製理論的過去、現在與未來，展現其在驅動工業革命、提升生活品質、乃至探索宇宙奧秘中的關鍵作用。 第一篇：控製係統的理論基石——構建精準的數學模型 本篇聚焦於控製係統的核心——如何通過嚴謹的數學語言描述和分析物理係統的行為。我們將從最基礎的係統建模入手，詳細闡述經典控製理論的四大支柱： 微分方程與傳遞函數： 深入剖析如何運用微分方程準確刻畫動態係統的演化規律，並在此基礎上引齣傳遞函數這一描述係統輸入輸齣關係的強大工具。我們將逐一講解不同類型係統（如RLC電路、機械振動係統、熱傳導係統等）的建模過程，並提供豐富的實例，讓讀者在實踐中掌握模型構建的技巧。此外，我們將探討復數域分析在傳遞函數中的應用，及其在理解係統頻率響應方麵的重要性。 時域分析： 在模型建立之後，理解係統在時間維度上的響應至關重要。本篇將詳細介紹單位階躍響應、單位脈衝響應等基本分析方法，通過分析係統的超調量、上升時間、調節時間、穩態誤差等關鍵性能指標，評估係統的動態性能。我們將深入探討係統的穩定性概念，包括勞斯-霍維茨判據等代數穩定判據，以及如何通過這些判據判斷一個係統是否能夠保持穩定。 頻域分析： 頻域分析為我們提供瞭另一種審視係統行為的視角，尤其適用於理解係統對不同頻率信號的響應特性。我們將詳細講解奈奎斯特穩定性判據、根軌跡法、伯德圖等核心工具。通過這些方法，讀者可以直觀地瞭解係統的帶寬、相裕、增益裕度，並能據此預測係統在實際應用中的錶現。根軌跡法將揭示係統參數變化對極點位置的影響，進而預測係統穩定性和動態特性的變化，為係統設計提供指導。伯德圖則能清晰地展示係統在不同頻率下的幅值和相位響應，幫助設計者在時域和頻域之間進行權衡。 狀態空間方法： 隨著係統復雜度的增加，傳統的輸入輸齣模型已顯不足。狀態空間方法應運而生，為描述和分析多輸入多輸齣（MIMO）以及內部狀態復雜的係統提供瞭更強大的框架。本篇將係統介紹狀態空間方程的建立、解法，並詳細闡述可控性、可觀測性等概念，以及它們在狀態反饋和狀態估計中的重要作用。我們將探討如何將經典域的傳遞函數轉換為狀態空間模型，反之亦然，建立兩者之間的橋梁。 第二篇：先進控製理論的探索——駕馭復雜動態係統 在掌握瞭經典控製的基礎後，本篇將帶領讀者進入更廣闊的先進控製理論領域，應對現實世界中層齣不窮的復雜挑戰。 數字控製係統： 隨著計算機技術的飛速發展，數字控製係統已成為現代工業不可或缺的一部分。本篇將詳細介紹采樣定理、離散化方法，以及數字域的分析工具，如Z變換。我們將探討數字控製器（如PID控製器）的設計與實現，並分析數字控製帶來的優點和潛在問題，例如量化誤差和采樣抖動。 非綫性控製： 現實世界中的許多係統都具有顯著的非綫性特性，例如摩擦、飽和、死區等。本篇將介紹分析和控製非綫性係統的基本方法，包括李雅普諾夫穩定性理論、相平麵分析、李薩如圖分析等。我們將探討如何處理具有復雜非綫性行為的係統，並介紹一些先進的非綫性控製策略，例如滑模控製、反饋綫性化等。 最優控製： 在滿足係統性能要求的前提下，如何實現最佳的控製效果是工程師們一直追求的目標。本篇將介紹最優控製的基本原理，包括性能指標的選取、變分法、龐特裏亞金最小值原理以及動態規劃等。我們將通過實際算例，演示如何設計最優控製器，以最小化燃料消耗、最大化輸齣功率等目標。 魯棒控製與自適應控製： 現實係統往往麵臨模型不確定性、參數擾動以及外部乾擾的影響。本篇將介紹魯棒控製理論，旨在設計能夠應對這些不確定性的控製器，確保係統在各種工況下都能穩定運行。我們將深入探討H∞控製、μ閤成等魯棒控製方法。此外，我們將介紹自適應控製，其核心思想是控製器參數能夠根據係統的變化和外界乾擾進行實時調整，以保持優良的控製性能。 第三篇：控製係統的工程實踐——從理論到應用的橋梁 本篇將視角從理論轉嚮工程實踐，強調理論知識在實際係統設計、實現與調試中的應用。 控製器設計與整定： 深入剖析比例-積分-微分（PID）控製器這一應用最廣泛的控製器。我們將詳細講解PID控製的原理，包括P、I、D三個環節的作用，並介紹多種PID控製器參數的整定方法，如Ziegler-Nichols法、臨界比例法、衰減法等。此外，還將討論PID控製器的改進，如抗積分飽和、抗微分先行等，以應對實際應用中的挑戰。 係統辨識： 在缺乏精確數學模型的情況下，如何從實驗數據中識彆齣係統的模型是實際工程中的一個重要環節。本篇將介紹多種係統辨識方法，包括參數辨識和模型結構辨識，並詳細講解基於最小二乘法、最大似然法等算法。我們將討論如何選擇閤適的模型結構，以及如何評估辨識模型的準確性。 仿真技術與工具： 仿真在控製係統設計、驗證和調試過程中起著至關重要的作用。本篇將重點介紹主流的控製係統仿真軟件，如MATLAB/Simulink等。我們將演示如何利用這些工具搭建控製係統模型，進行各種場景下的仿真分析，並對仿真結果進行解讀。通過大量的實例，讀者將掌握如何利用仿真技術加速研發周期，降低實驗成本，並提高設計質量。 實際工程應用案例分析： 為瞭更好地展示控製理論的強大威力，本篇將精選多個來自不同領域的實際工程應用案例，例如工業過程控製（如煉油、化工）、機器人控製、航空航天係統、電力係統以及汽車電子等。我們將對這些案例進行深入剖析，展示如何運用前麵學到的理論知識和仿真工具解決實際問題，並探討不同應用場景下控製係統設計所麵臨的獨特挑戰。 第四篇：控製係統的前沿發展與未來展望——探索無限可能 本篇將目光投嚮控製理論和應用的未來，展望該領域的最新研究動態和發展趨勢。 智能控製： 隨著人工智能技術的飛速發展，智能控製正成為控製理論的研究熱點。本篇將介紹模糊控製、神經網絡控製、專傢係統控製等智能控製方法，以及如何將這些技術與傳統控製理論相結閤，以應對更加復雜和動態變化的係統。我們將探討如何利用機器學習算法來設計和優化控製器。 網絡化控製係統（NCS）： 現代控製係統越來越傾嚮於通過網絡進行通信和協同。本篇將介紹網絡化控製係統的特點、優勢以及麵臨的挑戰，如通信延遲、丟包、安全性等。我們將探討如何設計和分析在這種環境下工作的控製係統，以及相關的通信協議和同步機製。 分布式控製係統（DCS）： 對於大型、分散的係統，分布式控製已成為重要的解決方案。本篇將介紹分布式控製係統的架構、設計原則以及協同控製策略，並探討其在智能電網、交通係統等領域的應用。 人機協作與安全控製： 在許多應用場景中，控製係統需要與人類進行高效、安全的交互。本篇將探討人機協作的控製策略，以及如何確保控製係統的安全性和可靠性，特彆是在關鍵基礎設施和高風險領域。 結論 本書不僅是一本教科書，更是一份邀請，邀請讀者一同探索控製係統這一迷人而重要的學科。通過理論與實踐的有機結閤，以及對前沿發展的深入洞察，本書旨在培養新一代的電氣信息類人纔，使其能夠站在時代的潮頭，運用控製理論的強大武器，解決更復雜的問題，驅動科技進步，為構建更美好的未來貢獻力量。無論您是初涉控製領域的學生，還是經驗豐富的工程師，相信本書都能為您提供寶貴的知識與啓發。

評分☆☆☆☆☆

這本書的配套資源體係也做得相當完善，這一點在自學過程中感受尤為深刻。無論是習題的詳細解答，還是在綫資源庫中提供的仿真代碼片段，都為我的學習提供瞭強大的支持。尤其是那些針對特定章節的補充閱讀材料鏈接，讓我能夠根據自己的興趣點進一步深入挖掘，拓寬瞭知識邊界。整本書的編寫思路清晰地展現瞭對當代工科人纔培養需求的深刻理解——需要的不僅是知道“是什麼”，更重要的是知道“怎麼做”以及“為什麼這樣做”。讀完第一遍後，我迫不及待地開始進行第二次復習，因為我發現，每次重讀，都能在先前看似已經掌握的知識點上，挖掘齣新的層次和更深的含義，這絕對是一本值得反復研讀的經典之作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計很有現代感，封麵采用瞭簡潔的綫條和明亮的色彩組閤，讓人在書架上就能立刻注意到它。拿到手裏分量十足，紙張的質感也很不錯，印刷清晰，文字和圖錶的排版都十分考究，閱讀起來很舒服。內頁的布局也體現瞭編者的用心，重要的公式和概念都有特彆的強調，這對於初學者來說無疑是一個很大的幫助。我尤其欣賞它在章節間的邏輯銜接上所做的努力，每一部分內容的過渡都顯得自然流暢，讓人能順暢地跟上作者的思路，而不是感到知識點之間是孤立的存在。書中的插圖和示意圖繪製得非常專業，不僅美觀，而且準確地傳達瞭復雜的物理過程和結構原理，比單純的文字描述有效得多。

評分☆☆☆☆☆

作為一本麵嚮新世紀高等教育的教材，這本書在對前沿技術的融閤上做得非常齣色。它沒有沉溺於過時的技術框架，而是大方地將數字控製、非綫性係統的初步概念以及麵嚮對象的設計思想融入瞭基礎框架之中。特彆是在介紹仿真工具的應用時，它沒有僅僅停留在工具的使用說明書層麵，而是深入探討瞭如何利用這些工具來驗證理論假設、優化設計參數，這纔是真正有價值的知識。我特彆喜歡其中關於離散化誤差的討論，它非常坦誠地指齣瞭在將連續係統轉換為數字模型時必須麵對的局限性，並給齣瞭幾種處理策略的優劣對比，這種坦誠和前瞻性是衡量一本優秀教材的重要標準。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格相當嚴謹，但又帶著一種特有的學術魅力，讀起來有一種被引領的感覺。作者在定義術語時非常精準，沒有使用任何模棱兩可的措辭，這在學習復雜係統時至關重要。我注意到，書中的例題設計極具巧思，它們不僅僅是用來檢驗公式應用的工具，更像是引導讀者思考的“思維探針”。每一個例題背後似乎都隱藏著一個設計上的小陷阱或者一個需要特彆注意的邊界條件，這極大地鍛煉瞭我的批判性思維和細節關注能力。有時候，即使是那些看似簡單的證明過程，作者也會給齣不同角度的解讀，這種多維度的解析方式極大地加深瞭我對核心概念的理解，讓我感覺自己是在和一位經驗豐富的導師對話，而不是在被動地接收信息。

評分☆☆☆☆☆

內容方麵，這本書的理論深度恰到好處，既沒有陷入過度抽象的數學推導泥潭，也沒有流於膚淺的科普介紹。它好像是在一個完美的平衡點上，既能滿足專業學習的要求，又不會讓讀者在初次接觸時感到望而生畏。作者在講解經典控製理論時，總能巧妙地結閤現代控製的視角進行對比和闡述，這種跨越時空的對話讓知識體係顯得更加完整和立體。比如在分析係統穩定性時，不僅詳細迴顧瞭李雅普諾夫方法，還引入瞭現代控製中關於魯棒性的討論，這種廣闊的視野是很多傳統教材所欠缺的。而且，書中對實際工程案例的引用非常及時和貼切，那些“理論聯係實際”的章節，讓我真切感受到瞭所學知識的價值和應用潛力。