MATLAB在控制系统中的应用PDF电子书下载

入门篇 2

第1章 MATLAB程序设计基础 2

1.1 MATLAB概述 2

1.2 MATLAB的安装与启动 3

1.2.1 MATLAB的安装要求 3

1.2.2 MATLAB的启动和退出 3

1.3 MATLAB的开发环境 4

1.3.1 MATLAB桌面平台 4

1.3.2 MATLAB帮助系统 6

1.3.3 数据交换系统 6

1.4 MATLAB的数值计算功能 7

1.4.1 MATLAB数据类型 7

1.4.2 矩阵基础 9

1.4.3 矩阵运算 20

1.4.4 数组运算 25

1.4.5 向量和下标 30

1.4.6 其他基本函数 34

1.4.7 数据分析 40

1.4.8 矩阵函数 44

1.5 MATLAB的图形功能 51

1.5.1 二维图形的绘制 51

1.5.2 三维图形 54

1.5.3 图形的输出 56

1.6 MATLAB的程序设计 56

1.6.1 M文件 56

1.6.2 函数变量及变量作用域 59

1.6.3 子函数与局部函数 59

1.6.4 流程控制语句 60

1.7 MATLAB的应用 62

1.7.1 MATLAB在数值分析中的应用 62

1.7.2 符号工具箱及其应用 64

第2章 Simulink仿真 68

2.1 Simulink的基本操作 68

2.1.1 运行Simulink 68

2.1.2 常用的标准模块 69

2.1.3 模块的操作 77

2.2 系统仿真及参数设置 79

2.2.1 算法设置（Solver） 79

2.2.2 工作空间设置（Workspace I/O） 81

2.2.3 Simulink仿真分析 82

2.2.4 应用举例 85

2.3 自定义模块 87

2.3.1 封装（Masking）程序概述 87

2.3.2 封装模块 88

2.4 S-函数 92

2.4.1 S-函数的工作方式 92

2.4.2 用MATLAB语言编写S-函数 95

第3章 控制系统基础 100

3.1 控制系统概述 100

3.1.1 开环控制与闭环控制 101

3.1.2 控制系统分类 107

3.1.3 控制系统性能要求 111

3.2 经典控制理论基础 113

3.2.1 传递函数模型 113

3.2.2 零极点增益模型 117

3.2.3 控制系统的时域分析 118

3.2.4 控制系统的频域分析 119

3.2.5 控制系统的根轨迹分析 120

3.3 现代控制理论基础 122

3.3.1 状态空间模型 122

3.3.2 能控性和能观性 123

3.3.3 极点配置设计 123

3.3.4 最优控制设计 124

3.4 智能控制理论基础 125

3.4.1 概述 126

3.4.2 神经网络控制 126

3.4.3 模糊控制 130

提高篇 136

第4章 控制系统建模与仿真 136

4.1 状态空间法系统仿真 137

4.1.1 阶龙格-库塔（Runge-Kutta）法 137

4.1.2 闭环模型的建立 137

4.2 系统的数学模型 140

4.2.1 连续系统 141

4.2.2 离散系统 142

4.2.3 MATLAB模型表示 143

4.2.4 利用MATLAB实现数学模型之间的转换 149

4.2.5 系统模型的连接 158

4.3 含有非线性环节的系统仿真 165

4.3.1 饱和非线性 165

4.3.2 死区非线性 166

4.3.3 间隙非线性 167

4.4 离散系统的仿真 168

4.4.1 差分方程法 169

4.4.2 Z变换法 171

第5章 线性系统反馈控制 173

5.1 线性系统的时域分析 173

5.2 线性系统的根轨迹 180

5.3 线性系统的频域分析 183

5.4 线性系统的稳定性分析 189

5.4.1 线性系统稳定性的概念 189

5.4.2 稳定性判定方法 189

5.5 线性系统的能控性和能观性分析 192

5.5.1 能控性 192

5.5.2 能观性 193

5.5.3 能控和能观性实现 194

5.6 离散系统分析 202

5.6.1 连续系统的离散化 202

5.6.2 离散系统单位阶跃响应 203

5.6.3 离散系统的根轨迹绘制 204

5.6.4 离散系统的频域响应 205

第6章 PID控制系统设计 207

6.1 PID控制系统设计原理 207

6.2 PID控制 208

6.2.1 比例、积分、微分控制作用的分析 208

6.2.2 Ziegler-Nichols（齐格勒-尼柯尔斯）整定法则 213

6.3 数字PID控制 218

6.3.1 连续系统的模拟PID仿真 218

6.3.2 数字PID控制设计 219

第7章 基于传递函数模型的控制系统设计 231

7.1 传递函数模型概述 231

7.2 根轨迹法 232

7.2.1 串联超前校正 233

7.2.2 串联滞后校正 238

7.3 Bode图法 242

7.3.1 串联超前校正 242

7.3.2 串联滞后校正 246

7.3.3 串联滞后-超前校正 250

7.3.4 反馈校正 252

第8章 最优控制系统设计 256

8.1 概述 256

8.1.1 最优控制问题概述 257

8.1.2 泛函及其变分法 258

8.1.3 用变分法求连续系统最优控制 263

8.2 连续系统线性二次型最优控制 265

8.2.1 连续系统线性二次型最优控制原理 265

8.2.2 连续系统二次型最优控制的MATLAB函数 265

8.3 离散系统线性二次型最优控制 267

8.3.1 离散系统线性二次型最优控制原理 268

8.3.2 离散系统二次型最优控制的MATLAB函数 268

8.4 线性二次型高斯最优控制 269

8.4.1 LQG最优控制原理 270

8.4.2 卡尔曼滤波器 270

8.4.3 LQG最优控制的MATLAB实现 271

8.5 最优控制系统设计实例 273

第9章 鲁棒控制系统设计 276

9.1 鲁棒控制简介 276

9.1.1 奇异值 276

9.1.2 标准鲁棒控制问题 277

9.1.3 结构与非结构不确定性 277

9.1.4 使用H∞控制方法 278

9.2 鲁棒控制工具箱 280

9.2.1 建模函数mksys() 280

9.2.2 提取函数branch() 281

9.2.3 变换函数bilin() 282

9.2.4 H∞控制设计函数hinf() 282

9.2.5 最优H∞控制设计函数hinfopt() 283

9.3 H∞控制器设计 283

第10章 智能控制系统设计 288

10.1 智能控制概述 288

10.2 神经网络控制 289

10.2.1 概述 289

10.2.2 基本原理 290

10.2.3 神经网络工具箱 298

10.2.4 MATLAB仿真实例 300

10.3 模糊控制 303

10.3.1 概述 303

10.3.2 模糊控制工具箱 305

10.4 智能PID控制 307

10.4.1 专家PID控制 307

10.4.2 模糊自适应PID控制 310

10.4.3 神经元PID控制 317

10.5 专家控制概述 321

10.5.1 专家控制的基本结构 324

10.5.2 专家控制器的设计原则 325

第11章 非线性控制系统设计 327

11.1 非线性系统概述 327

11.1.1 常见非线性特性 328

11.1.2 非线性系统的特点 332

11.1.3 非线性系统的分析与设计方法 334

11.2 相平面法 334

11.2.1 相平面的基本概念 334

11.2.2 相轨迹的绘制 336

11.3 二阶系统的相轨迹 338

11.3.1 二阶线性系统的相轨迹 339

11.3.2 奇点 339

11.3.3 奇线 341

11.3.4 非线性系统的相平面分析 342

11.4 描述函数法 348

11.4.1 描述函数定义 348

11.4.2 描述函数的计算 350

11.4.3 非线性系统的描述函数分析 356

11.5 基于Simulink的非线性系统分析 360

第12章 系统辨识 364

12.1 辨识概述 364

12.1.1 辨识的定义 364

12.1.2 辨识的步骤 365

12.2 辨识三要素 367

12.2.1 数据 367

12.2.2 辨识准则 372

12.2.3 数学模型 372

12.3 参数估计的批量法 373

12.3.1 参数估计的一般性质 373

12.3.2 最小二乘算法 374

12.4 辨识原理 379

12.4.1 随机逼近法 379

12.4.2 模型参考自适应辨识方法 380

12.4.3 极大似然法 380

12.4.4 预报误差估计法 382

12.4.5 Bayse估计 383

12.5 辨识仿真实例 384

12.5.1 随机噪声二阶系统模型辨识 384

12.5.2 隶属函数型神经网与模糊控制融合的解耦控制 389

实践篇 404

第13章 倒立摆控制方法设计 404

13.1 倒立摆的数学模型 404

13.1.1 数学模型推导 404

13.1.2 开环响应 408

13.2 PID控制方法设计 411

13.2.1 PID控制原理 411

13.2.2 摆杆角度控制 412

13.2.3 小车位置控制 413

13.2.4 PID控制算法的MATLAB仿真 414

13.3 最优控制方法设计 418

13.3.1 最优控制器的设计 419

13.3.2 最优控制MATLAB仿真 420

第14章 纸浆浓度专家控制 425

14.1 纸浆浓度概述 425

14.2 对象建模 426

14.3 专家控制方法设计 431

14.3.1 基于专家思想的单回路浓度控制方案 431

14.3.2 基于专家思想的多段浓度控制方案 437

14.3.3 专家系统在浓度控制中的整体应用方案 438

14.4 仿真 440

14.4.1 单回路仿真模型 440

14.4.2 多回路仿真模型 442

14.4.3 Matlab仿真 442

第15章 挠性结构振动控制 447

15.1 挠性结构概述 447

15.2 挠性结构控制 448

15.2.1 特征结构配置方法 448

15.2.2 最优控制方法 452

15.2.3 模型输入控制方法 456

15.2.4 自适应控制方法 457

15.2.5 鲁棒控制方法 459

15.2.6 智能控制方法 463

15.3 主动振动及仿真 466

15.3.1 前滤波 467

15.3.2 后滤波 468

15.3.3 仿真 471