控制系統(tǒng)數(shù)學仿真與CAD

前言

第一章 概述

第一節(jié) 控制系統(tǒng)的實驗方法

一、解析法

二、實驗法

三、仿真實驗法

第二節(jié) 仿真實驗的分類與性能比較

一、按模型分類

二、按計算機類型分類

第三節(jié) 系統(tǒng)、模型與數(shù)字仿真

一、系統(tǒng)的組成與分類

二、模型的建立及其重要性

三、數(shù)字仿真的基本內(nèi)容

第四節(jié) 控制系統(tǒng)CAD與數(shù)字仿真軟件

一、CAD技術(shù)的一般概念

二、控制系統(tǒng)CAD的主要內(nèi)容

三、數(shù)字仿真軟件

第五節(jié) 仿真技術(shù)的應用與發(fā)展

一、仿真技術(shù)在工程中的應用

二、應用仿真技術(shù)的重要意義

三、仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢

小結(jié)

習題

第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學描述

第一節(jié) 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型

一、控制系統(tǒng)數(shù)學模型的表示形式

二、數(shù)學模型的轉(zhuǎn)換

三、控制系統(tǒng)建模的基本方法

第二節(jié) 實現(xiàn)問題

一、單變量系統(tǒng)的可控標準型實現(xiàn)

二、控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真實現(xiàn)

第三節(jié) 常微分方程數(shù)值解法

一、數(shù)值求解的基本概念

二、數(shù)值積分法

三、關(guān)于數(shù)值積分方法的幾點討論

第四節(jié) 數(shù)值算法中的“病態(tài)”問題

一、“病態(tài)”常微分方程

二、控制系統(tǒng)仿真中的“病態(tài)”問題

三、“病態(tài)”系統(tǒng)的仿真方法

小結(jié)

習題

第三章 MATLAB與SIMULINK基礎(chǔ)

第一節(jié) 引言

第二節(jié) MATLAB的操作與使用

一、簡單數(shù)學運算

二、變量與數(shù)值顯示格式

三、文件管理

四、幫助功能

第三節(jié) MATLAB的矩陣運算

一、簡單矩陣輸入

二、矩陣區(qū)算

三、矩陣操作

第四節(jié) 繪圖

一、二維圖形

二、三維圖形

第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理

一、矩陣分解

二、多項式處理

三、曲線擬合與插值

四、數(shù)據(jù)分析

五、常微分方程數(shù)值解

第六節(jié) 流程控制

一、for循環(huán)

二、while循環(huán)

三、if－else－end結(jié)構(gòu)

四、函數(shù)

第七節(jié) 控制工具箱

一、系統(tǒng)建模

二、模型轉(zhuǎn)換和降階

三、分析函數(shù)

四、設(shè)計函數(shù)

第八節(jié) SIMULINK基礎(chǔ)

一、SIMULINK的操作

二、模型的構(gòu)造

三、數(shù)值仿真

四、系統(tǒng)分析

第九節(jié) MATLAB的其它資源

一、工具箱

二、網(wǎng)絡資源

小結(jié)

習題

第四章 控制系統(tǒng)數(shù)字仿真的實現(xiàn)

第一節(jié) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其招撲描述

一、控制系統(tǒng)常見的典型結(jié)構(gòu)形式

二、控制系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)描述

三、控制系統(tǒng)的聯(lián)接矩陣

第二節(jié) 面向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的數(shù)字仿真

一、典型閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)字仿真

二、復雜聯(lián)接的閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)字仿真

第三節(jié) 環(huán)節(jié)的離散化與非線性系統(tǒng)的數(shù)字仿真

一、連續(xù)系統(tǒng)的離散化模型法

二、非線性系統(tǒng)的數(shù)字仿真

第四節(jié) 計算機控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真

一、采樣在制系統(tǒng)的數(shù)學描述

二、采樣控制系統(tǒng)的仿真方法

三、采樣控制系統(tǒng)仿真程序?qū)崿F(xiàn)

小結(jié)

習題

第五章 控制系統(tǒng)CAD

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 經(jīng)典控制理論CAD

一、控制系統(tǒng)因有特性分析

二、控制系統(tǒng)的設(shè)計方法

三、控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

第三節(jié) 現(xiàn)代控制理論CAD

一、線性二次型最優(yōu)控制器設(shè)計

二、模型參考自適應控制系統(tǒng)設(shè)計

小結(jié)

習題

第六章 數(shù)字仿真技術(shù)的綜合應用

第一節(jié) 直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計中的若干問題

一、雙閉環(huán)KZ－D系統(tǒng)的目的

二、關(guān)于積分調(diào)節(jié)器的飽和非線性問題

三、關(guān)于ASR與ACR的工程設(shè)計問題

四、雙閉環(huán)KZ－D調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析

第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的魯棒性設(shè)計方法

一、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的魯棒性設(shè)計

二、“高精度齒輪量儀”位置伺服系統(tǒng)控制器設(shè)計

第三節(jié) “水箱系統(tǒng)”液位控制的仿真研究

一、系統(tǒng)建模

二、數(shù)字仿真

三、結(jié)果分析

第四節(jié) 管內(nèi)移動機器人位置預測模糊控制研究

一、管內(nèi)作業(yè)位置的預測模糊控制

二、作業(yè)位置預測模糊控制的實現(xiàn)

三、仿真實驗

小結(jié)

習題

參考文獻 2100433B

《控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD》在總結(jié)仿真技術(shù)發(fā)展狀況的基礎(chǔ)上，以 MATLAB為平臺，系統(tǒng)地闡述了數(shù)字仿真的基本概念、原理及方法，概括了控制系統(tǒng)分析與設(shè)計中的基本內(nèi)容。全書共六章，主要包括：控制系統(tǒng)的實驗方法、數(shù)學描述與模型的建立、MATLAB與SIMULINK基礎(chǔ)、數(shù)字仿真的實現(xiàn)方法、控制系統(tǒng)CAD及綜合應用等內(nèi)容。各章均配適當習題，有助于讀者進一步領(lǐng)會與掌握已學過的有關(guān)內(nèi)容?！犊刂葡到y(tǒng)數(shù)字仿真與CAD》系工業(yè)自動化專業(yè)本科生教材，也可作為自動控制、機電控制、自動化類學科的參考用書?！犊刂葡到y(tǒng)數(shù)字仿真與CAD》為“九五”普通高等教育機電類規(guī)劃教材。

《控制系統(tǒng)仿真與CAD》以MATLAB 7"_blank" href="/item/自動控制系統(tǒng)/1801668" data-lemmaid="1801668">自動控制系統(tǒng)分析與設(shè)計為主線，系統(tǒng)地介紹了控制系統(tǒng)的建模、分析、設(shè)計的基本原理和仿真方法。《控制系統(tǒng)仿真與CAD》共分5章，分別為控制系統(tǒng)仿真及工具軟件概述、控制系統(tǒng)的數(shù)學描述、控制系統(tǒng)分析、控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真和控制系統(tǒng)CAD——Simulink基礎(chǔ)。

《控制系統(tǒng)仿真與CAD》結(jié)構(gòu)清晰，語言簡練，圖文并茂，并用大量的例題來配合所述內(nèi)容，由淺入深，生動易學，具有很強的實用性和可操作性，可作為高等學校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術(shù)與儀器、電子工程、通信等本科專業(yè)“控制系統(tǒng)仿真”課程的教材，也可作為工程技術(shù)人員的參考用書。

在概述了仿真技術(shù)發(fā)展進程的基礎(chǔ)上，以MATLAB語言為平臺，系統(tǒng)地闡述了數(shù)字仿真技術(shù)的基本概念、原理與方法，概括了控制系統(tǒng)分析與設(shè)計中的基本內(nèi)容，主要包括控制系統(tǒng)的實驗方法、系統(tǒng)的數(shù)學描述與模型的建立、數(shù)字仿真的實現(xiàn)方法、控制系統(tǒng)CAD及其綜合應用等。

仿真技術(shù)已成為現(xiàn)代工程師必須掌握的基本技能之一。而MATLAB語言的出現(xiàn)，使得數(shù)字仿真技術(shù)進入實質(zhì)性的應用階段。MATLAB計算功能強大、圖形功能豐富、易學易用，已成為控制理論與控制工程、圖像處理與識別及計算機仿真領(lǐng)域的一個有力工具?？刂葡到y(tǒng)的建模、時域分析、頻域分析、控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計都離不開MATLAB的支持，圖像圖形的除噪、除霧處理，也離不開MATLAB的支持。

本書通過大量仿真實例，對MATLAB 7.0的功能、操作及其在控制系統(tǒng)和圖像處理中的應用進行了闡述和講解，書中的所有實例程序均經(jīng)過驗證和測試，是編者多年來教學和科研的結(jié)晶。本書共7章，第1章概述仿真技術(shù)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢。第2章和第3章介紹MATLAB語言基礎(chǔ)和控制系統(tǒng)的數(shù)學描述與建模，介紹常用的MATLAB基本命令，通過實例描述如何對控制系統(tǒng)進行建模。第4章結(jié)合自動控制理論的課程內(nèi)容，介紹控制系統(tǒng)的時頻域分析及校正設(shè)計。第5章描述如何運用SIMULINK對控制系統(tǒng)進行仿真，重點介紹了S函數(shù)的編寫以及如何利用SIMULINK模型與S函數(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的仿真。第6章介紹常用的圖像處理命令，以及三個圖像處理的仿真實例，包括數(shù)字水印版權(quán)保護系統(tǒng)、圖像融合、霧環(huán)境下的圖像增強處理等完整系統(tǒng)的仿真程序與實現(xiàn)過程。第7章介紹汽車電子控制系統(tǒng)的仿真實例。

本書的編寫分工為：上海工程技術(shù)大學吳健珍為主編并編寫第1章、第4～6章，羅曉編寫第7章，陳劍雪編寫第2、3章。上海工程技術(shù)大學張莉萍教授為主審。在本書的編寫過程中，得到了學院領(lǐng)導和眾多老師的支持與幫助，在此一并表示衷心感謝。

雖然編者力求精益求精，但由于水平有限，書中錯誤和疏漏之處在所難免，敬請廣大讀者和專家批評指正。

編者

2014年2月