現代控制系統分析與設計 — 基於 MATLAB 的模擬與實現

何德峰、俞立

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商品描述

本書是國家級精品資源共享課程的配套教材,在講述現代控制理論的基本概念、原理和方法的基礎 上,詳細介紹基於 MATLAB模擬的現代控制系統分析與設計方法。全書內容涵蓋 MATLAB/Simulink應 用基礎、基於 MATLAB的現代控制系統模型、基於 MATLAB的現代控制系統分析、基於 MATLAB的現 代控制系統設計、現代控制系統分析與設計實例(如打印機驅動控制、硬盤磁頭定位控制、果實採摘機器人 控制、磁懸浮控制、車輛半主動懸架控制、網聯汽車自動巡航控制等系統分析與設計)。實例中詳細給出了 程序命令、註釋說明和運行結果,圖文並茂,使抽象的現代控制理論變得生動形象。 本書適合作為高等學校自動化及其相關專業本科生的教材,也適合控制科學與工程及其相關專業的 研究生以及從事相關工作的科研人員和工程技術人員閱讀,亦可作為現代控制理論的開放實驗教材。

目錄大綱

 

目錄

 

 

第1章MATLAB/Simulink應用基礎

 

1.1MATLAB應用簡介

 

1.1.1操作界面介紹

 

1.1.2幫助系統

 

1.1.3工具箱

 

1.1.4數值運算

 

1.1.5符號運算

 

1.1.6圖形表達功能

 

1.2MATLAB程序設計基礎

 

1.2.1M文件

 

1.2.2MATLAB程序設計結構

 

1.3Simulink應用簡介

 

1.3.1Simulink基本操作

 

1.3.2Simulink模塊庫

 

1.3.3Simulink模擬實例

 

第2章基於MATLAB的現代控制系統模型

 

2.1狀態空間模型的建立

 

2.1.1狀態空間模型的基本概念

 

2.1.2狀態空間模型的MATLAB實現

 

2.2利用MATLAB進行系統模型間的相互轉換

 

2.2.1由傳遞函數導出狀態空間模型

 

2.2.2由狀態空間模型導出傳遞函數

 

2.3連續時間狀態空間模型的離散化

 

2.4狀態空間模型的性質

 

第3章基於MATLAB的現代控制系統分析

 

3.1狀態空間模型的運動響應分析

 

3.1.1單位階躍響應分析

 

3.1.2單位脈沖響應分析

 

3.1.3初始狀態響應分析

 

3.1.4任意輸入信號響應分析

 

3.2狀態空間模型的能控性和能觀性分析

 

3.2.1狀態能控性分析

 

3.2.2輸出能控性分析

 

3.2.3狀態能觀性分析

 

3.3現代控制系統的穩定性分析

 

3.3.1連續時間系統的穩定性分析

 

3.3.2離散時間系統的穩定性分析

 

第4章基於MATLAB的現代控制系統設計

 

4.1Lyapunov穩定狀態反饋控制器設計

 

4.1.1黎卡提方程處理方法

 

4.1.2線性矩陣不等式處理方法

 

4.2極點配置狀態反饋控制器設計

 

4.3跟蹤控制器設計

 

4.4線性二次型最優控制器設計

 

4.4.1連續時間線性二次型最優控制

 

4.4.2離散時間線性二次型最優控制

 

4.5基於狀態觀測器的輸出反饋控制器設計

 

4.5.1狀態觀測器設計

 

4.5.2基於狀態觀測器的輸出反饋控制

 

第5章實例1： 打印機驅動控制系統分析與設計

 

5.1打印機皮帶驅動系統模型

 

5.1.1驅動系統微分方程

 

5.1.2驅動系統狀態空間模型

 

5.1.3驅動系統狀態空間模型的離散化

 

5.1.4驅動系統狀態空間模型轉換為傳遞函數模型

 

5.2打印機皮帶驅動系統性能分析

 

5.2.1驅動系統運動響應分析

 

5.2.2驅動系統能控性和能觀性分析

 

5.2.3驅動系統穩定性分析

 

5.3打印機皮帶驅動系統控制器設計

 

5.3.1驅動系統極點配置狀態反饋控制器設計

 

5.3.2驅動系統跟蹤控制器設計

 

5.3.3驅動系統狀態觀測器設計

 

第6章實例2： 硬盤磁頭定位控制系統分析與設計

 

6.1硬盤磁頭定位系統模型

 

6.1.1磁頭定位系統物理模型

 

6.1.2磁頭定位系統狀態空間模型

 

6.1.3磁頭定位系統狀態空間模型的離散化

 

6.1.4磁頭定位系統狀態空間模型轉換為傳遞函數模型

 

6.2硬盤磁頭定位系統性能分析

 

6.2.1磁頭定位系統運動響應分析

 

6.2.2磁頭定位系統能控性和能觀性分析

 

6.2.3磁頭定位系統穩定性分析

 

6.3硬盤磁頭定位系統控制器設計

 

6.3.1磁頭定位系統極點配置狀態反饋控制器設計

 

6.3.2磁頭定位系統跟蹤控制器設計

 

6.3.3磁頭定位系統基於狀態觀測器的控制器設計

 

第7章實例3： 果實採摘機器人控制系統分析與設計

 

7.1果實採摘控制系統模型

 

7.1.1採摘控制系統物理模型

 

7.1.2採摘控制系統傳遞函數

 

7.1.3採摘控制系統傳遞函數轉換為狀態空間模型

 

7.1.4採摘控制系統狀態空間模型的離散化

 

7.2果實採摘控制系統性能分析

 

7.2.1採摘控制系統運動響應分析

 

7.2.2採摘控制系統能控性和能觀性分析

 

7.2.3採摘控制系統穩定性分析

 

7.3果實採摘系統控制器設計

 

7.3.1採摘系統極點配置狀態反饋控制器設計

 

7.3.2採摘系統跟蹤控制器設計

 

7.3.3採摘系統基於狀態觀測器的控制器設計

 

第8章實例4： 磁懸浮控制系統分析與設計

 

8.1磁懸浮控制系統模型

 

8.1.1磁懸浮控制系統物理模型

 

8.1.2磁懸浮控制系統狀態空間模型

 

8.1.3磁懸浮控制系統狀態空間模型的離散化

 

8.1.4磁懸浮控制系統狀態空間模型轉換為傳遞函數模型

 

8.2磁懸浮控制系統性能分析

 

8.2.1磁懸浮控制系統運動響應分析

 

8.2.2磁懸浮控制系統能控性和能觀性分析

 

8.2.3磁懸浮控制系統穩定性分析

 

8.3磁懸浮系統控制器設計

 

8.3.1磁懸浮系統極點配置狀態反饋控制器設計

 

8.3.2磁懸浮系統跟蹤控制器設計

 

8.3.3磁懸浮系統狀態觀測器設計

 

8.3.4磁懸浮系統基於狀態觀測器的控制器設計

 

8.3.5磁懸浮系統線性二次型最優控制器設計

 

第9章實例5： 車輛半主動懸架控制系統分析與設計

 

9.1車輛懸架控制系統模型

 

9.1.1懸架控制系統物理模型

 

9.1.2懸架控制系統狀態空間模型

 

9.1.3懸架控制系統狀態空間模型離散化

 

9.1.4懸架控制系統狀態空間模型轉換為傳遞函數模型

 

9.2車輛懸架控制系統性能分析

 

9.2.1懸架控制系統運動響應分析

 

9.2.2懸架控制系統能控性和能觀性分析

 

9.2.3懸架控制系統穩定性分析

 

9.3車輛懸架系統控制器設計

 

9.3.1懸架系統極點配置狀態反饋控制器設計

 

9.3.2懸架系統跟蹤控制器設計

 

9.3.3懸架系統線性二次型最優控制器設計

 

第10章實例6： 網聯汽車自動巡航控制系統分析與設計

 

10.1汽車自動巡航控制系統原理

 

10.2汽車自動巡航縱向動力學模型

 

10.2.1汽車ACC縱向動力學模型

 

10.2.2汽車ACC系統狀態空間模型

 

10.2.3汽車ACC系統狀態空間模型離散化

 

10.2.4狀態空間模型轉換為傳遞函數模型

 

10.3汽車自動巡航控制系統分析

 

10.3.1汽車ACC系統的階躍響應

 

10.3.2汽車ACC系統的脈沖響應

 

10.3.3汽車ACC系統的初始狀態響應

 

10.3.4汽車ACC系統能控性和能觀性分析

 

10.4汽車ACC系統的極點配置反饋控制

 

10.5基於觀測器的ACC系統控制器設計

 

10.6汽車ACC系統線性二次型最優控制

 

10.6.1汽車ACC系統LQR控制器設計

 

10.6.2CarSim/Simulink聯合模擬

 

參考文獻

 

 

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