控制系统原理与MATLAB仿真实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王敏 著

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• 控制工程

店铺： 博学精华图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121217746

商品编码：29710089845

包装：平装

出版时间：2014-01-01

基本信息

书名:控制系统原理与MATLAB仿真实现

：39.80元

售价：27.1元,便宜12.7元,折扣68

作者:王敏

出版社：电子工业出版社

出版日期：2014-01-01

ISBN：9787121217746

字数：410000

页码：247

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

本书大部分内容和实例在教学实践中做过实验和验证。

内容提要

本书以先进计算机仿真软件MATLAB/Simulink在自动控制中的应用为编写宗旨，结合日常的教学和科研工作进行编撰。内容包括两大部分：部分介绍MATLAB用于控制系统计算及仿真的有关知识；第二部分内容涵盖经典控制理论和现代控制理论的系统仿真。全书共分9章，包括：系统仿真的基本概念、MATLAB/Simulink的基本内容及使用方法、控制系统的数学模型及其转换、控制系统根轨迹、时域和频域的分析与校正、控制系统状态空间的分析与设计和控制系统的联合仿真。每个章节先对与自动控制有关的基本概念进行简要介绍，然后介绍MATLAB相关函数，并从实用的角度出发，通过大量典型样例，对MATLAB/Simulink的功能、操作及其在自动控制中的应用进行详细论述。大部分内容和例子，已在本科生有关控制理论与控制工程的教学实践中做过实验和验证。

目录

作者介绍

王敏，西北工业大学明德学院机电系专职老师，主讲MATLAB在控制系统仿真中的应用、现代控制理论和自动控制原理等几门课程，参与“基于Gabor小波的多尺度空间理论车牌号识别研究”并负责建立模型，对控制系统的MATLAB仿真具有丰富的实践经验。

文摘

序言

《现代控制理论：基础与应用》 内容梗概： 本书系统地阐述了现代控制理论的核心概念、数学工具和分析方法，并结合工程实际，详细介绍了如何利用这些理论解决复杂的工程问题。全书共分为十一章，循序渐进地引导读者深入理解控制系统的设计与分析。 第一章 绪论 本章旨在为读者建立现代控制理论的宏观认识。首先，我们将追溯控制理论的发展历程，从早期的反馈控制概念出发，阐述其在工业自动化、航空航天、机器人技术等领域扮演的关键角色。接着，我们将引出现代控制理论的研究对象——动力系统，并对其进行初步的建模和分类。本章还将强调数学语言在描述和分析控制系统中的重要性，为后续章节中复杂的数学推导打下基础。最后，我们将简要介绍本书的学习脉络和预期达成的学习目标，鼓励读者以积极主动的态度进行学习。 第二章 线性系统的时域分析 本章深入探讨线性定常系统的时域行为。我们从系统响应的概念入手，区分了稳态响应和瞬态响应，并着重分析了单位阶跃响应、单位脉冲响应等经典时域指标，如超调量、调节时间、上升时间等，这些指标对于评估系统的性能至关重要。通过对不同系统类型的时域响应分析，读者将理解系统参数如何影响其动态特性。本章还将引入稳定性判据，如Routh-Hurwitz判据，它提供了一种无需求解特征方程即可判断系统稳定性的有效方法。此外，我们还将探讨线性系统的瞬态响应与系统极点位置之间的密切关系，为后续深入理解频率域分析奠定基础。 第三章 线性系统的根轨迹分析 根轨迹是现代控制理论中一种直观且强大的分析工具，本章将对其进行详尽的阐述。本章首先定义了根轨迹的概念，即在系统增益K变化时，系统特征方程的根在复平面上移动的轨迹。接着，我们将详细介绍绘制根轨迹的基本规则，包括起始点和终点、渐近线、汇合点、与实轴的交点以及幅角条件等。通过对各种典型系统传递函数绘制根轨迹，读者将能够清晰地理解增益K的变化如何影响系统的稳定性、响应速度和振荡特性。根轨迹分析不仅有助于理解系统的动态行为，还能指导我们如何通过调整增益来优化系统性能。 第四章 线性系统的频率域分析 频率域分析是理解控制系统对不同频率信号响应的重要方法。本章将从系统的频率响应入手，引入幅频特性和相频特性，并通过Bode图、Nyquist图和Nichols图等图形化工具来展示这些特性。我们将详细讲解如何根据系统的传递函数绘制和解读Bode图，并从中提取出系统的幅裕和相裕，这是衡量系统稳定性的重要指标。Nyquist稳定性判据则提供了一种更为严格和普适的稳定性判断方法，我们也将对其原理和应用进行深入探讨。通过频率域分析，读者将能够理解系统的带宽、截止频率等概念，并学会如何根据频率响应特性来评估和设计系统的控制器。 第五章 状态空间分析与设计 状态空间方法是现代控制理论的核心，它提供了一种更为通用和强大的系统描述和分析框架，尤其适用于多输入多输出（MIMO）系统。本章将系统地介绍状态空间模型，包括状态方程和输出方程，并讲解如何将传递函数模型转换为状态空间模型，以及反之亦然。我们还将深入探讨状态向量的物理意义，以及它如何完整地描述系统的内部状态。本章将详细阐述状态向量的演化，并引入可控性与可观性这两个至关重要的系统属性。最后，我们将初步介绍基于状态反馈的系统设计方法，为后续更复杂的控制策略奠定基础。 第六章 PID控制器设计 比例-积分-微分（PID）控制器是工程领域最广泛应用的控制器类型之一。本章将详细介绍PID控制器的基本原理、结构和参数整定方法。我们将分析比例（P）、积分（I）和微分（D）控制分量的作用，以及它们对系统响应的影响。本章将介绍多种PID参数整定方法，包括Ziegler-Nichols法、试凑法以及基于模型的方法。通过实际案例的演示，读者将学会如何根据系统的具体要求，合理选择和调整PID参数，以达到期望的控制效果。 第七章 超前/滞后校正与超前-滞后联合校正 本章将重点介绍如何通过引入串联校正装置来改善线性系统的性能。我们将首先分析超前校正的作用，它主要用于提高系统的稳定裕度和瞬态响应速度，尤其适用于滞后环节较多的系统。接着，我们将讨论滞后校正，它能够减小系统的稳态误差，但可能对瞬态响应产生一定影响。最后，我们将介绍超前-滞后联合校正，它结合了前两种校正方法的优点，能够同时改善系统的稳定性和稳态精度。本章将通过详细的数学推导和图示分析，阐明不同校正方法的设计原理和工程实现。 第八章 状态反馈控制系统设计 状态反馈控制是现代控制理论中的关键设计方法之一，本章将对其进行深入的探讨。我们将从状态空间模型出发，介绍状态反馈控制的基本原理，即利用系统的状态变量来产生控制输入。本章将详细阐述状态反馈的极点配置原理，即如何通过选择合适的状态反馈增益矩阵K，将闭环系统的特征根任意配置到期望的位置，从而实现对系统动态性能的精确控制。我们将介绍Ackermann公式等常用的极点配置设计方法，并通过实例演示如何应用这些方法来设计满足特定性能要求的控制器。 第九章 可观性与状态估计 在许多实际应用中，系统的所有状态变量都无法直接测量。本章将介绍可观性的概念，即判断一个系统能否从其输出信息中推断出内部状态。在此基础上，我们引入状态估计器（观测器）的概念，它能够利用系统的输入和输出信息来估计系统的内部状态。本章将详细讲解Luenberger观测器的设计原理和实现方法，以及如何将其与状态反馈控制器相结合，形成具有状态估计功能的闭环控制系统。我们还将简要介绍卡尔曼滤波器（Kalman Filter）这一最优状态估计方法，它在噪声环境下具有卓越的估计性能。 第十章 线性二次最优控制（LQR） 线性二次型调节器（LQR）是现代控制理论中一种重要的最优控制设计方法。本章将介绍LQR的设计思想，即在满足线性系统动力学约束的前提下，最小化一个二次型性能指标。该性能指标通常由状态变量和控制变量的加权组合构成，反映了对系统性能和控制能量的权衡。我们将详细阐述如何通过求解Riccati方程来获得最优状态反馈增益矩阵K，从而实现最优的控制律。LQR方法能够提供一种系统化的最优控制器设计途径，尤其适用于需要全局最优性能的复杂系统。 第十一章 鲁棒控制与自适应控制简介 本章将对更为先进的控制理论进行初步的介绍，为读者拓展视野。首先，我们将引入鲁棒控制的概念，它旨在设计一种控制器，即使在系统模型存在不确定性（如参数变化、外部扰动等）的情况下，仍能保证系统的稳定性和性能。我们将简要介绍H_inf控制等鲁棒控制方法。接着，我们将探讨自适应控制，它能够根据系统性能的变化或环境的改变，实时调整控制器的参数，以维持期望的控制性能。最后，本章将对模糊控制、神经网络控制等智能控制方法进行简要提及，为读者后续深入研究提供方向。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论知识体系，并强调理论与实践相结合的学习方法。通过对本书的学习，读者将能够掌握分析和设计各种控制系统的基本原理和方法，为解决实际工程问题打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我对比了市面上好几本同类教材，发现这本书在案例的丰富性上做得尤为出色。它不仅仅是罗列公式，而是将每一个重要的控制策略都与一个具体的物理系统模型联系起来，比如机械臂、热力系统或者电路系统。这种“理论指导实践”的编排方式，极大地提升了学习的兴趣和效率。举例来说，在讲解李雅普诺夫稳定性分析时，作者没有采用过于抽象的证明，而是选择了一个二阶非线性系统的具体方程，通过构造特定的李雅普诺夫函数，直观地展示了系统最终会收敛到一个稳定点。这种脚踏实地的讲解，让原本枯燥的数学工具瞬间变得鲜活起来，让人有立刻动手尝试的冲动。这本书的价值，在于它成功架设了一座从纯数学到工程应用的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书的前半部分，我最大的感受是其内容的实用性和前瞻性达到了一个很好的平衡。作者并未将重点仅仅放在理论推导上，而是大量篇幅用于介绍现代控制理论的基石，例如状态空间表示法。这种方法的引入，极大地拓宽了分析和设计的工具箱。我特别关注了书中关于可控性和可观测性分析的章节，作者用非常直观的方式解释了这两个核心概念，并通过几个经典的案例演示了如何运用Gramian矩阵进行判断。这对我理解高维系统的行为大有裨益。更令人称赞的是，书中对控制系统设计的各种标准，如极点配置、最优控制的基础思想，都有一个清晰的脉络梳理，为深入研究提供了坚实的理论基础。这本书的深度足以满足研究生阶段的学习需求，同时其清晰的叙述方式也让资深工程师在回顾基础时感到轻松。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量令人印象深刻，这在很多技术书籍中并不常见。纸张的质感很好，即便是长时间阅读也不会感到视觉疲劳。内容上，我对其中关于鲁棒控制初步介绍的部分给予高度评价。在当前工程实践中，不确定性是无法回避的问题，而本书很早就引入了这一视角，引导读者思考如何设计出在模型误差和外部扰动下依然表现稳定的控制器。作者并没有止步于理论介绍，而是通过对比传统PID控制的局限性，有力地论证了先进控制方法（如H无穷控制的雏形）的优越性。这种教学上的引导性非常强，它教会的不仅仅是如何计算，更是如何“思考”控制问题，培养了批判性思维。对于那些希望从“会调参数”跨越到“能设计”的读者来说，这本书无疑是一剂强心针。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，黑色的主色调配上白色的标题，给人一种专业、严谨的感觉。初次翻开，被书中清晰的章节划分和逻辑严密的结构所吸引。作者显然在内容组织上下了很大功夫，从最基础的系统描述出发，逐步深入到复杂的反馈控制理论，每一步的过渡都非常自然流畅。特别是对于经典控制理论中的频域分析和时域分析，作者的阐述深入浅出，即便是初学者也能快速抓住核心要点。书中穿插的图示和数学推导，既保证了理论的严谨性，又极大地降低了理解难度。我尤其欣赏它对经典控制系统性能指标的详尽解析，这对于我们后续设计和优化实际系统至关重要。这本书的语言风格非常适合工程技术人员阅读，没有过多晦涩的哲学思辨，全是干货，直击问题核心。

评分☆☆☆☆☆

作为一名需要经常回顾经典理论的研究人员，我发现这本书在对各种控制器的适用范围和局限性的分析上做得非常到位。很多教材在介绍完一个设计方法后就戛然而止，但这本书会深入探讨在哪些工况下该方法表现最佳，又在什么情况下会失效。例如，在讨论根轨迹法时，作者详细分析了增益K变化对系统阻尼比的影响，并配有详细的图形说明，这对于系统参数整定时非常有参考价值。更难得的是，书中对经典控制理论的局限性有清醒的认识，这为过渡到现代控制提供了逻辑上的必然性。这本书的整体行文风格偏向于严谨的学术论述，但通过恰到乎所的工程案例的穿插，保持了足够的阅读黏性。它更像一位经验丰富的导师，在你的身旁耐心讲解每一个知识点的来龙去脉。