MatLab工具箱应用指南：控制工程篇PDF电子书下载

第1章 系统辨识工具箱 1

1.1 系统辨识的基本原理和常用辨识模型 1

1.1.1 系统辨识的基本原理 1

1.1.2 常用的模型类 4

1.2 模型类的建立和转换 6

1.2.1 模型建立函数 6

1.2.2 模型转换函数 13

1.3 非参数模型辨识 20

1.3.1 时间序列协方差函数的估计 20

1.3.2 对象脉冲响应的辨识 21

1.3.3 控制对象频谱和传递函数的辨识 23

1.4.1 AR模型辨识 28

1.4 参数模型辨识 28

1.4.2 ARX模型辨识 32

1.4.3 ARMAX模型辨识 34

1.4.4 输出误差模型与BJ模型辨识 36

1.4.5 状态空间模型辨识 39

1.4.6 一般线性输入输出模型辨识 41

1.5 递推参数模型辨识 43

1.5.1 基于递推算法的ARX、ARMAX模型辨识 43

1.5.2 输出误差模型的递推辨识 48

1.5.3 Box-Jenkins模型的递推辨识 49

1.5.4 一般线性输入输出模型的递推辨识 49

1.5.5 基于数据分段的估计和辨识 52

1.6.1 模型仿真函数 54

1.6 模型验证与仿真函数 54

1.6.2 模型预测输出和预测误差的计算 56

1.7 系统辨识工具箱的交互式图形界面 61

1.7.1 数据视图 62

1.7.2 操作选择 65

1.7.3 模型视图 65

1.8 系统辨识工具箱的其他功能函数 67

1.8.1 模型结构选择函数 67

1.8.2 系统辨识工具箱的绘图函数 70

1.8.3 获取模型参数信息的有关函数 75

1.8.4 数据的预处理函数 77

1.8.5 具有不确定性的模型仿真 80

参考文献 81

第2章 控制系统工具箱 82

2.1 LTI系统模型及转换 83

2.1.1 LTI系统的模型及转换 83

2.1.2 LTI对象 85

2.1.3 模型建立及模型转换函数 86

2.1.4 LTI对象属性的存取和设置 92

2.2 系统建模 96

2.2.1 典型连接 96

2.2.2 典型系统生成 104

2.2.3 系统的连续化和离散化 108

2.3 状态空间实现 112

2.3.1 系统实现 112

2.3.2 状态空间实现函数 115

2.4 系统特性函数 126

2.5 系统根轨迹 129

2.6 系统频率响应 133

2.6.1 频率响应计算 133

2.6.2 频率响应绘制函数 134

2.7 系统时域响应 144

2.8 极点配置与状态观测器设计 150

2.8.1 极点配置和状态观测 150

2.8.2 极点配置和状态观测函数 153

2.9 LQ最优控制 156

2.9.1 LQ最优控制问题 156

2.9.2 LQG最优控制问题 158

2.9.3 最优控制函数 159

2.10 系统分析的GUI函数 164

2.10.1 Itiview工具 164

2.10.2 rltool工具 166

参考文献 168

第3章 鲁棒控制工具箱 169

3.1 鲁棒控制理论基础 170

3.1.1 鲁棒控制理论概述 170

3.1.2 系统不确定性和鲁棒性 172

3.1.3 控制系统的线性分式变换模型 173

3.1.4 奇异值与H∞、H2范数 174

3.1.5 结构奇异值 175

3.2.1 控制系统模型的数据结构 176

3.2 系统模型建立与转换工具 176

3.2.2 模型建立工具 180

3.2.3 模型转换工具 183

3.3 多变量波特图 192

3.3.1 频率响应的特征增益/相位波特图 192

3.3.2 连续和离散系统的奇异值波特图 194

3.3.3 结构奇异值波特图 197

3.4 鲁棒控制综合方法 201

3.4.1 LQG优化控制综合 201

3.4.2 连续/离散H2综合 203

3.4.3 连续/离散H∞综合 205

3.4.4 H∞综合的γ迭代方法 207

3.4.5 LQG回路传输恢复 209

3.4.6 μ综合 211

3.4.7 Youla参数化 213

3.5 模型降阶工具 215

3.5.1 均衡(Balanced)模型降阶 215

3.5.2 Schur相对误差模型降阶方法 217

3.5.3 最优Hankel最小阶逼近降阶 219

3.5.4 脉冲响应向状态空间模型的转换 220

3.5.5 系统模型降阶的综合应用举例 222

3.6 鲁棒控制工具箱的其他功能函数 223

3.6.1 求解连续(离散)Riccati方程 224

3.6.2 连续(离散)代数Riccati方程的条件数 224

3.6.3 矩阵的Schur形式 225

3.6.4 矩阵的内外因子化(Inner-Outer Factorization) 226

3.6.5 计算矩阵的谱因子 227

参考文献 228

第4章 模型预测控制工具箱 229

4.1 系统模型辨识函数 230

4.1.1 数据向量或矩阵的归一化 230

4.1.2 基于线性回归方法的脉冲响应模型辨识 232

4.1.3 脉冲响应模型转换为阶跃响应模型 235

4.1.4 模型的校验 236

4.2 系统模型建立与转换 236

4.2.1 模型建立工具 237

4.2.2 模型转换工具 239

4.3 基于阶跃响应模型的控制器设计与仿真 247

4.3.1 输入输出有约束的模型预测控制器设计与仿真 248

4.3.2 输入输出无约束的模型预测控制器设计 250

4.3.3 计算由阶跃响应模型构成的闭环系统模型 252

4.4 基于状态空间模型的预测控制器设计 254

4.4.1 输入输出有约束的状态空间模型预测控制器设计 254

4.4.2 输入输出无约束的状态空间模型预测控制器设计 257

4.4.3 状态估计器设计 264

4.5 系统分析与绘图函数 266

4.5.1 计算和绘制系统的频率响应曲线 267

4.5.2 计算频率响应的奇异值 267

4.5.3 计算系统的极点和稳态增益矩阵 268

4.5.4 其他系统分析和绘图函数 269

4.6.1 通用模型转换函数 271

4.6 模型预测工具箱的通用功能函数 271

4.6.2 方程求解函数 273

4.6.3 离散系统的分析函数 274

参考文献 275

第5章 模糊逻辑工具箱 276

5.1 模糊集合与模糊关系 277

5.1.1 模糊集合 278

5.1.2 模糊关系 281

5.2 模糊推理系统的基本构成与建立步骤 282

5.2.1 模糊推理系统的基本类型 282

5.2.2 模糊逻辑系统的构成与主要设计步骤 283

5.3.1 模糊推理系统的建立、修改与存储管理 284

5.3 利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统 284

5.3.2 输入输出语言变量及其语言值 289

5.3.3 模糊语言变量的隶属度函数 291

5.3.4 模糊规则的建立与修改 302

5.3.5 模糊推理计算与去模糊化 305

5.4 模糊逻辑工具箱的图形界面工具 308

5.4.1 基本模糊推理系统编辑器(Fuzzy) 308

5.4.2 隶属度函数编辑器(Mfedit) 310

5.4.3 模糊规则编辑器(Ruleedit) 310

5.4.4 模糊规则浏览器(Ruleview) 312

5.4.5 模糊推理输入输出曲面视图(Surfview) 312

5.5 Matlab模糊逻辑工具箱的高级应用 313

5.5.1 基于Sugeno型模糊推理的神经模糊系统建模 313

5.5.2 模糊聚类 323

5.5.3 基于减法聚类的模糊推理系统建模 327

5.6.1 模糊推理系统与C语言的接口 328

5.6 Matlab模糊逻辑工具箱的接口功能 328

5.6.2 Matlab模糊逻辑工具箱与Simulink的接口 329

5.7 模糊逻辑工具箱的综合应用实例 330

5.7.1 二关节机械手的逆运动学建模 330

5.7.2 自适应噪声消除 332

5.7.3 混沌时间序列预测 335

参考文献 338

第6章 非线性控制设计模块 339

6.1.2 控制能量的级小化 340

6.1.3 不确定系统的鲁棒控制器设计与仿真 340

6.1.1 具有物理约束和设计约束的非线性系统设计 340

6.1 利用NCD模块求解各种非线性控制设计问题 340

6.1.4 非线性系统辨识和模型跟随 341

6.1.5 自适应控制、多模态控制和增益调度 342

6.1.6 其他控制问题 343

6.2 NCD模块的使用方法和步骤 343

6.2.1 建立NCD闭环系统的方框图 343

6.2.2 设置NCD模块的约束条件 344

6.2.3 设置优化变量 348

6.2.4 优化计算 348

6.3 NCD模块的应用实例 349

6.3.1 PID控制器的优化设计 349

6.3.2 多变量状态反馈系统的优化控制 351

6.3.3 二维PI控制器的优化设计 354

参考文献 355

附录 Matlab函数参考 356

附录1 常用命令 356

附录2 运算符号与特殊字符 357

附录3 语言结构与调试 358

附录4 基本矩阵及矩阵处理 359

附录5 特殊矩阵 360

附录6 数学函数 360

附录7 坐标转换 361

附录8 矩阵函数 361

附录9 数据分析与Fourier变换函数 362

附录10 多项式处理函数 363

附录11 非线性数值方法 363

附录12 稀疏矩阵函数 364

附录13 图形绘制 365

附录14 特殊图形 367

附录15 图形处理 368

附录16 GUI(图形用户接口) 369

附录17 声音处理 370

附录18 字符串处理函数 370

附录19 文件输入输出函数 371

附录20 位操作 371

附录21 复杂数据类型 372

附录22 日期与时间 373

附录23 动态数据交换 373

参考文献 373