Control system toolbox for use with MATLAB

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isbn号码:9782862724423
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  • MATLAB
  • 控制系统
  • 自动控制
  • 工具箱
  • Simulink
  • 系统建模
  • 系统分析
  • 控制设计
  • 现代控制
  • 工程数学
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具体描述

《MATLAB控制系统设计与应用》 本书旨在为读者提供一套系统、全面的MATLAB控制系统设计与应用方法。内容涵盖了从基础的控制理论概念到高级的现代控制系统设计技术,并充分展示了如何利用MATLAB强大的功能高效实现这些设计。本书力求理论与实践相结合,帮助读者深入理解控制系统的原理,并掌握在实际工程中运用MATLAB进行控制系统设计、仿真和分析的技能。 核心内容概述: 基础控制系统理论回顾与MATLAB实现: 系统建模: 介绍连续时间系统和离散时间系统的时域和频域建模方法,包括传递函数、状态空间方程的表示。详细阐述如何使用MATLAB的`tf`、`ss`等函数创建和操作这些模型,并展示如何从实验数据或物理原理出发建立系统模型。 系统分析: 深入探讨系统的时域响应(如阶跃响应、脉冲响应)和频域响应(如Bode图、Nyquist图、Nichols图)的分析方法。演示如何利用MATLAB的`step`、`impulse`、`bode`、`nyquist`、`nichols`等命令进行详细分析,并解释这些分析结果对系统性能评估的意义。 稳定性分析: 讲解Routh-Hurwitz判据、根轨迹法、Nyquist稳定性判据等经典稳定性分析方法,并展示如何在MATLAB中绘制根轨迹、计算临界增益和临界频率,从而判断系统的稳定性。 经典控制系统设计: PID控制器设计: 详细介绍PID控制器的工作原理,以及如何根据系统特性利用MATLAB进行PID参数整定。包括Ziegler-Nichols方法、临界比例度法、基于根轨迹和频域的PID设计方法,并展示如何利用MATLAB的`pid`、`pidtune`等工具箱进行参数优化和仿真验证。 前馈控制与反馈控制: 讨论前馈控制在补偿系统扰动方面的作用,并与反馈控制进行结合。通过实例展示如何设计前馈控制器以提高系统的抗干扰能力和跟踪精度。 补偿器设计: 介绍超前、滞后和超前-滞后补偿器的设计原理,以及它们对系统性能(如稳定性、瞬态响应、稳态精度)的影响。重点展示如何利用MATLAB的根轨迹编辑器和频域分析工具设计补偿器,实现性能指标的改善。 现代控制系统设计: 状态空间方法: 深入讲解状态空间表示法的优势,包括系统的可控性和可观性分析。详细阐述如何利用MATLAB的`ctrb`、`gram`等函数进行可控性和可观性判断。 极点配置(Pole Placement): 讲解如何通过状态反馈实现任意极点配置,从而设计满足特定性能要求的控制器。展示如何利用MATLAB的`place`、`acker`等函数实现极点配置,并讨论全状态反馈和部分状态反馈控制器设计。 观测器设计: 介绍最小阶观测器和Luenberger观测器的设计原理,用于估计系统状态。展示如何利用MATLAB的`place`、`acker`等函数设计观测器,并与状态反馈控制器结合形成闭环控制系统。 最优控制: 引入线性二次调节器(LQR)和线性二次高斯(LQG)等最优控制理论。详细阐述如何利用MATLAB的`lqr`、`kalman`等函数设计最优控制器和滤波器,以实现最优的性能指标。 鲁棒控制入门: 介绍系统不确定性对控制系统性能的影响,以及鲁棒控制的基本思想。简要介绍H∞控制和μ分析等方法,并展示如何利用MATLAB的鲁棒控制工具箱进行初步的鲁棒性评估和设计。 MATLAB工具箱的深入应用: Simulink仿真环境: 详细介绍Simulink的强大功能,包括如何使用预定义的模块库构建复杂的控制系统模型,进行时域和频域仿真,以及如何利用仿真结果进行系统分析和调优。重点展示如何将设计的控制器集成到Simulink模型中进行验证。 控制系统工具箱(Control System Toolbox)的精髓: 除了前面介绍的函数,本书还将深入挖掘Control System Toolbox的其他实用功能,例如: 系统辨识(System Identification): 介绍如何利用实验数据通过MATLAB的System Identification Toolbox辨识系统的模型,并将其应用于控制器设计。 频率响应分析工具: 详细讲解`margin`、`stability`等函数在分析系统稳定裕度方面的作用。 信号处理与控制的结合: 探讨数字信号处理技术在控制系统中的应用,如滤波器设计、采样和量化等。 模型约减(Model Reduction): 介绍在保持系统主要动态特性的同时,降低模型阶数的技术,并展示MATLAB的相应功能。 模型预测控制(MPC)介绍: 简要介绍MPC的基本原理及其在复杂系统中的应用,并展示如何利用MATLAB的MPC工具箱进行建模和控制。 工程应用实例: 机器人控制: 以机械臂或移动机器人的轨迹跟踪和位置控制为例,展示如何运用PID、状态反馈等方法进行设计和仿真。 航空航天控制: 探讨飞机姿态控制、导弹制导等经典问题,并演示相应的MATLAB设计流程。 过程控制: 以温度控制、液位控制等工业过程为例,展示PID和模型预测控制的应用。 汽车工程: 介绍自动驾驶中的巡航控制、车辆稳定性控制等应用。 本书特色: 内容权威且全面: 涵盖了从基础到现代控制理论的绝大部分关键概念,并提供了丰富的MATLAB实现方法。 实践导向: 强调理论知识在实际工程问题中的应用,通过大量的MATLAB代码示例和仿真结果,帮助读者建立直观的理解。 易于理解: 语言通俗易懂,逻辑清晰,适合不同背景的读者学习。 代码丰富: 提供大量可运行的MATLAB代码,读者可以轻松地在自己的机器上进行复现和扩展。 案例多样: 覆盖多个工程领域,展现了控制系统设计的广泛适用性。 本书适合高等院校的本科生、研究生以及从事控制工程、自动化、机器人、航空航天、机械工程等领域的工程师阅读。无论您是初学者还是希望深化MATLAB在控制系统应用中技能的专业人士,本书都将是您宝贵的参考资料。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本《Control system toolbox for use with MATLAB》的书名,让我对其中能够提供的功能和内容充满遐想。我一直从事于需要精确控制的领域,比如精密仪器设计和自动化生产线的开发,而MATLAB一直是我不可或缺的工具。因此,一本专门针对控制系统而设计的MATLAB工具箱书籍,对我来说具有极大的吸引力。我猜想,书中会详细介绍如何利用MATLAB提供的强大函数库来完成各种控制系统设计任务,从建立系统模型,到分析系统特性,再到设计控制器并进行仿真验证。我特别希望能在这本书中找到关于模型降阶、状态估计以及鲁棒控制器设计等方面的深入讲解,因为这些都是在实际工程中经常遇到的复杂问题。我期待这本书能提供清晰的代码示例和详细的步骤说明,帮助我快速上手,并且能够解决我在项目开发过程中遇到的实际挑战。如果书中还能包含一些关于实时控制和嵌入式系统集成的内容,那就更完美了。

评分☆☆☆☆☆

我一直对控制系统这个领域抱有浓厚的兴趣,尤其是在自动化和智能化日益普及的今天。当我看到这本书的标题时,我立刻被它所吸引,因为它暗示着将MATLAB这个强大的工程计算工具与控制系统学科相结合。我脑海中浮现出的是,如何在MATLAB中轻松地构建各种控制模型,无论是经典的PID控制器,还是更复杂的模型预测控制器,亦或是先进的自适应和模糊逻辑控制器。我迫切地想知道,这本书是否能提供一套完整的框架,让我能够系统地学习并掌握这些控制策略的设计与实现。我特别关注书中是否会讲解如何进行系统的稳定性分析,例如根轨迹、波特图等,以及如何利用MATLAB的仿真功能来评估控制系统的性能,如瞬态响应和稳态精度。如果书中能够包含一些实际工业应用案例,例如在机器人、无人机或过程控制领域的应用,那将极大地加深我对书中知识的理解和应用能力。

评分☆☆☆☆☆

初次翻阅这本书,一种严谨而体系化的学术气息扑面而来。我一直在寻找一本能够系统性地梳理控制系统知识,并且将其与MATLAB的强大功能紧密结合的教材。这本书的标题恰好击中了我的需求点。我猜测书中会深入探讨各种经典的控制理论,例如模糊控制、自适应控制、模型预测控制等,并且会详细介绍如何利用MATLAB的工具箱来高效地实现这些理论。我特别想了解书中对于系统辨识和鲁棒控制部分的阐述,这两者在实际工程应用中至关重要,很多时候系统参数的不确定性或是外部干扰是设计过程中必须考虑的因素。如果书中能够提供清晰的算法推导过程,并辅以MATLAB代码示例,那将对我学习和掌握这些先进的控制技术有莫大的帮助。我希望这本书不仅仅是罗列函数和语法,更能帮助读者理解背后的控制原理,培养解决实际问题的思维能力。能够有一个可靠的、与时俱进的控制系统开发平台,对于提升我的工程能力绝对是一个质的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就吸引了我,那种简洁而专业的风格,预示着内容定然是扎实的。我之前接触过一些MATLAB的工具箱,但对于控制系统这个领域,总觉得隔着一层窗户纸。看到这本书的标题,我立刻联想到那些在工程实践中无处不在的控制算法,比如PID控制器、状态空间模型等等,它们是如何在MATLAB这个强大的平台下被巧妙地实现的,这本书似乎给了我一个清晰的答案。想象一下,在设计一个复杂的工业自动化系统时,能够快速地搭建模型、进行仿真、并优化控制策略,这该是多么高效的事情!我迫切地想知道,它是否真的能将抽象的控制理论转化为可操作的代码,让我的项目开发流程更加顺畅。我特别关注书中对于模型建立和参数整定的讲解,因为这往往是控制系统设计中最具挑战性的环节。如果书中能够提供一些实际案例,那就更棒了,比如在航空航天、机器人或电力系统等领域的应用,这将极大地增强我理解和应用书中知识的能力。我期待着这本书能够成为我手中解决实际控制问题的一把利器,而不是束之高阁的理论手册。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在制造业一线工作的工程师,我深知控制系统在产品性能和效率提升方面扮演着关键角色。我一直对如何利用MATLAB的强大功能来优化我的产品控制算法充满兴趣。这本书的出现,仿佛为我指明了一个新的方向。我推测书中会涵盖从基础的线性控制理论到更高级的非线性控制和智能控制等广泛内容,并且会强调如何在MATLAB环境中进行建模、仿真、分析和设计。我特别期待书中能够针对一些常见的控制工程难题,比如系统的稳定性分析、抗干扰能力设计以及最优控制器的选取等方面,提供切实可行的解决方案和详实的步骤指导。如果书中能够包含一些关于实际硬件接口和实时控制的讨论,那将对我非常有价值,因为很多时候我们需要将MATLAB模拟的结果转化为实际的嵌入式系统。我渴望这本书能够帮助我将理论知识与实践经验相结合,从而设计出更加可靠、高效、智能的控制系统。

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