自動控制原理的MATLAB實現(xiàn)

本書既可作為電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、測控技術(shù)與儀器、光電信息工程、機(jī)械工程及自動化、過程裝備與控制工程、教材成型及控制工程等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)自動控制技術(shù)的仿真教材（當(dāng)然首先適合自動控制類各專業(yè)（工業(yè)自動化、電氣自動化、機(jī)電一體化、過程控制、化工自動化、電站自動化、紡織自動化、高層建筑自動化、印刷造紙自動化）師生），同時也可作為自動控制領(lǐng)域工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)MATLAB的參考用書。

第1章　自動控制原理MATLAB實現(xiàn)概述

1.1　自動控制概述

1.1.1　自動控制的概念

1.1.2　自動控制原理的內(nèi)容

1.1.3　自動控制系統(tǒng)的分類

1.2　反饋控制系統(tǒng)的基本概念

1.2.1　自動控制系統(tǒng)的基本控制方式

1.2.2　分析自動控制系統(tǒng)工作原理的方法

1.2.3　對控制系統(tǒng)的性能要求

1.3　自動控制原理的MATLAB

1.3.1　先進(jìn)的軟件系統(tǒng)MATLAB

1.3.2　自動控制原理的MATLAB實現(xiàn)的特點

習(xí)題

上篇　MATLAB計算及仿真基礎(chǔ)

第2章　MATLAB7.1系統(tǒng)概述

2.1　MATLAB7.1安裝與啟動

2.1.1　Notebook的安裝

2.1.2　MATLAB7.1的啟動

2.1.3　Notebook的啟動

2.2　MATLAB7.1的系統(tǒng)界面

2.2.1　MATLAB7.1系統(tǒng)的4個小窗口

2.2.2　MATLAB7.1的命令窗口

2.2.3　MATLAB7.1菜單項命令

2.2.4　MATLAB7.1工具欄按鈕

2.2.5　Start開始按鈕

2.3　MATLAB7.1的內(nèi)容及其查找

2.3.1　MATLAB7.1的內(nèi)容

2.3.2　MATLAB7.1內(nèi)容的查找

2.3.3　MATLAB7.1的work子目錄

2.4　MATLAB的文字處理工具Notebook

2.4.1　Notebook菜單命令簡介

2.4.2　Notebook的使用

2.4.3　Notebook使用的幾個問題

習(xí)題

第3章　MATLAB數(shù)值運算

3.1　MATLAB的數(shù)值運算基礎(chǔ)

3.1.1　常量

3.1.2　變量

3.1.3　MATLAB運算符

3.2　MATLAB的數(shù)組、矩陣運算

3.2.1　數(shù)組、矩陣的概念

3.2.2　數(shù)組或矩陣元素的標(biāo)識

3.2.3　數(shù)組與矩陣的輸入

3.2.4　數(shù)組、矩陣的算術(shù)運算

3.2.5　向量及其運算

3.2.6　矩陣的特有運算

3.2.7　數(shù)組的關(guān)系運算

3.2.8　數(shù)組的邏輯運算

3.2.9　特殊字符數(shù)組——字符串

3.3.　MATLAB的數(shù)組函數(shù)與矩陣函數(shù)

3.3.1　數(shù)組函數(shù)

3.3.2　矩陣函數(shù)

3.4　多項式及其運算

3.4.1　多項式運算函數(shù)

3.4.2　多項式運算舉例

3.5　MATLAB的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其書寫

3.5.1　MATLAB的數(shù)學(xué)表達(dá)式

3.5.2　MATLABR數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫

習(xí)題

第4章　MATLAB符號運算基礎(chǔ)

4.1　MATLAB符號運算概述

4.1.1　MATLAB符號運算入門

4.1.2　MATLAB符號運算的幾個基本概念

4.2　MATLAB符號對象的基本運算與關(guān)系運算

4.3　MATLAB符號運算基本函數(shù)

4.3.1　符號變量代換及其函數(shù)subs（）

4.3.2　符號對象轉(zhuǎn)換為數(shù)值對象的函數(shù)double（）、digits（）、vpa（）、numeric（）

4.3.3　MATLAB符號表達(dá)式的化簡

4.4　MATLAB符號微積分運算

4.4.1　MATLAB符號極限運算

4.4.2　MATLAB的符號函數(shù)微分運算

4.4.3　MATLAB符號函數(shù)積分運算

4.4.4　符號求和函數(shù)與Taylor（泰勒）級數(shù)展開函數(shù)

4.5　MATLAB符號矩陣的幾種特殊運算

4.5.1　矩陣的微分與積分

4.5.2　Jacobian矩陣

4.5.3　矩陣的Jordan標(biāo)準(zhǔn)形

4.6　MATLAB符號方程求解

4.6.1　MATLAB符號代數(shù)方程求解

4.6.2　MATLAB符號微分方程求解

4.7　復(fù)變函數(shù)計算的MATLAB實現(xiàn)

4.7.1　復(fù)數(shù)的概念

4.7.2　MATLAB關(guān)于復(fù)變量的函數(shù)命令

4.7.3　復(fù)數(shù)的生成與創(chuàng)建復(fù)矩陣

4.7.4　復(fù)數(shù)的幾何表示

4.7.5　復(fù)數(shù)代數(shù)運算的MATAB實現(xiàn)

4.7.6　復(fù)數(shù)計算在自動控制系統(tǒng)頻率特性計算中的應(yīng)用

習(xí)題

第5章　MATLAB程序設(shè)計

第6章　MATLAB常用圖形命令與符號函數(shù)圖形命令

下篇　自動控制原理的MATLAB實現(xiàn)

第7章　MATLAB7.1的仿真集成環(huán)境

第8章　控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實現(xiàn)

第9章　連續(xù)系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)

第10章　連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的MATLAB實現(xiàn)

第11章　連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計算的MATLAB實現(xiàn)

第12章　連續(xù)系統(tǒng)根跡分析的MATLAB實現(xiàn)

第13章　連續(xù)系統(tǒng)頻域分析的MATLAB實現(xiàn)

第14章　連續(xù)性控制系統(tǒng)校正的MATLAB實現(xiàn)

第15章　描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)的MATLAB實現(xiàn)

第16章　離散系統(tǒng)分析的MATLAB實現(xiàn)

第17章　線性系統(tǒng)狀態(tài)空間分析的MATLAB實現(xiàn)

第18章　線性二次型最優(yōu)控制的MATLAB實現(xiàn)

附錄A　作者編寫的MATLAB函數(shù)

附錄B　無源校正網(wǎng)絡(luò)與有源校正網(wǎng)絡(luò)

參考文獻(xiàn)2100433B

在高等學(xué)校中，“自動控制原理”是自動控制類、電子信息工程類及機(jī)械與控制工程類各專業(yè)學(xué)生必修的課程，在其教學(xué)計劃里各高校可能有各種不同叫法，或自動控制或控制理論和自動控制理論或機(jī)械工程控制基礎(chǔ)或自動控制工程基礎(chǔ)或過程控制原理等。針對這些專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“自動控制原理”課程的需要，作者本著把最優(yōu)秀的計算仿真軟件MATLAB與“自動控制原理”兩者結(jié)合起來的宗旨專門撰寫了本書。

本書有兩大部分內(nèi)容。除自動控制原理MATLAB實現(xiàn)概述外，本書上篇為MATLAB計算及仿真基礎(chǔ)部分，內(nèi)容包括MATLAB7.1系統(tǒng)概述；MATLAB數(shù)值運算；MATLAB符號運算基礎(chǔ)；MATLAB程序設(shè)計；MATLAB7.1常用圖形命令與符號函數(shù)圖形命令等。

本書下篇自動控制原理的MATLAB實現(xiàn)部分，內(nèi)容包括：MATLAB7.1的仿真集成環(huán)境Simulink6.3；控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實現(xiàn)；連續(xù)系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)；連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計算的MATLAB實現(xiàn)；連續(xù)系統(tǒng)根軌跡分析的MATLAB實現(xiàn)；連續(xù)系統(tǒng)頻域分析的MATLAB實現(xiàn)；連續(xù)性控制系統(tǒng)校正的MATLAB實現(xiàn)；描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)的MATLAB實現(xiàn)；離散系統(tǒng)分析的MATLAB實現(xiàn)；線性系統(tǒng)狀態(tài)空間分析的MATLAB實現(xiàn)；線性二次型最優(yōu)控制的MATLAB實現(xiàn)等。

書后給出了2個附錄：附錄A為作者編寫的MATLAB函數(shù)，附錄B為常見無源校正網(wǎng)絡(luò)與有源校正網(wǎng)絡(luò)，以供讀查查閱。

本書系統(tǒng)地論述了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊邏輯控制和模型預(yù)測控制系統(tǒng)的基本概念、工作原理、控制算法，以及利用MATLAB語言、MATLAB工具箱函數(shù)和Simulink對其實現(xiàn)的方法。該書取材先進(jìn)實用，講解深入淺出，各章均有大量用MATLAB/Simulink實現(xiàn)的仿真實例，便于讀者掌握和鞏固所學(xué)知識。

本書可作為高等院校自動化、計算機(jī)和機(jī)電工程等電子信息類專業(yè)的研究生和高年級本科生的教材，也可作為從事智能控制與智能系統(tǒng)研究、設(shè)計和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)人員的參考用書。

書名：工程優(yōu)化設(shè)計與MATLAB實現(xiàn)（修訂版）

書號：9787302266082

作者：張永恒等

定價：34元

出版日期：2011-9-5

出版社：清華大學(xué)出版社

內(nèi)容簡介

本書以工程實例為背景，以MATLAB語言為工具，較全面地介紹了優(yōu)化設(shè)計的理論及應(yīng)用。本書主要內(nèi)容包括：優(yōu)化設(shè)計基本模型；優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識；一維搜索方法；無約束優(yōu)化問題、有約束優(yōu)化問題的經(jīng)典算法；啟發(fā)式優(yōu)化算法，包括蟻群優(yōu)化、粒子群優(yōu)化算法、遺傳算法、模擬退火算法、禁忌算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法；MATLAB優(yōu)化工具箱函數(shù)及應(yīng)用；優(yōu)化算法工程應(yīng)用實例及MATLAB基礎(chǔ)知識。書中配有完整的MATLAB程序。本書可作為高等工科院校有關(guān)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計方面課程的教材和教學(xué)參考書，也可供有關(guān)專業(yè)的師生和工程技術(shù)人員參考。

前言

優(yōu)化設(shè)計是一門古老而新興的理論，既有著很強(qiáng)的應(yīng)用背景，又有著堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。它的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)可以追溯到牛頓（Newton,1642-1727) 、萊布尼茨（W.Leibniz,1646-1716）創(chuàng)立的微積分理論。優(yōu)化設(shè)計與運籌學(xué)有著密切的聯(lián)系，前者是后者在非線性規(guī)劃方向的延伸和發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計主要研究連續(xù)函數(shù)在有約束和無約束條件下單目標(biāo)函數(shù)或多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值問題，而運籌學(xué)主要研究經(jīng)濟(jì)活動和軍事活動中能用數(shù)量來表達(dá)的有關(guān)策劃、管理方面的問題。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，運籌學(xué)已滲入到多個領(lǐng)域，其本身也在不斷發(fā)展，包含了多個數(shù)學(xué)分支，如數(shù)學(xué)規(guī)劃（又包含線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、組合規(guī)劃等）、圖論、網(wǎng)絡(luò)流、決策分析、排隊論、可靠性數(shù)學(xué)理論、庫存論、對策論、搜索論、模擬等。在運籌學(xué)方面，我國著名科學(xué)家錢學(xué)森、許國志、數(shù)學(xué)家華羅庚等作出了重要貢獻(xiàn)。1956年錢學(xué)森和許國志共同創(chuàng)建了中國第一個運籌學(xué)研究組織。從20世紀(jì)60年代開始，華羅庚持續(xù)近20年在全國范圍內(nèi)推廣優(yōu)選法和統(tǒng)籌法，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。其中優(yōu)選法采用的黃金分割搜索方法也是優(yōu)化設(shè)計中一維搜索常用的一種方法。各種啟發(fā)式（heuristic）算法或智能算法，如遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等不但能解決連續(xù)函數(shù)的優(yōu)化問題，也能解決離散函數(shù)的優(yōu)化問題，它們將優(yōu)化設(shè)計與運籌學(xué)緊密結(jié)合起來。

廣義來說優(yōu)化設(shè)計采用的方法是搜索的方法，傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法主要采用線搜索方法，而啟發(fā)式優(yōu)化方法采用多方位的隨機(jī)搜索方法。對非線性函數(shù)來說，在極值點附近可以用二次函數(shù)來逼近，若存在極小值，則極值點附近的函數(shù)值均大于極值點處的函數(shù)值。求連續(xù)函數(shù)極值的問題，一部分人可能會想到用求導(dǎo)數(shù)的方法來解決，另一部分人可能不采用求導(dǎo)數(shù)的方法，而直接用比較的方法來確定搜索區(qū)間和極小值。與求導(dǎo)數(shù)的方法相比，直接搜索法是優(yōu)化設(shè)計中更基礎(chǔ)的方法。從優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型來分，優(yōu)化設(shè)計問題可分為有約束的優(yōu)化問題和無約束的優(yōu)化設(shè)計問題；而從求解方法來分，優(yōu)化設(shè)計方法可分為基于導(dǎo)數(shù)的方法和直接搜索方法。隨機(jī)方向法、復(fù)合型法、鮑威爾法、可行方向法均屬于直接搜索法，值得注意的是遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等啟發(fā)式算法均含有隨機(jī)方向法的基本內(nèi)涵。

優(yōu)化設(shè)計廣泛應(yīng)用于航空、汽車、化工、電力、建筑、機(jī)械制造等眾多領(lǐng)域，由于優(yōu)化問題的多樣性，相應(yīng)出現(xiàn)了多種優(yōu)化設(shè)計方法，每一種方法都有其自身的特點和適用范圍，在實際應(yīng)用中，特別對于大型優(yōu)化設(shè)計問題，不應(yīng)以一次計算結(jié)果或一種方法得出的結(jié)果作為最終的最優(yōu)結(jié)果。

優(yōu)化設(shè)計是以工程設(shè)計問題為背景，將最優(yōu)化原理與計算技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。不論是從學(xué)習(xí)的角度還是從應(yīng)用的角度，實踐都是非常重要的，實踐既是學(xué)習(xí)的終點又是學(xué)習(xí)的起點。本書特別強(qiáng)調(diào)理論與實踐的結(jié)合。實踐包括多個方面，最基本的是通過簡單的例子用手工演算來驗證算法，然后是通過編程利用計算機(jī)實現(xiàn)和驗證優(yōu)化算法，最后是針對工程設(shè)計問題建立優(yōu)化設(shè)計模型，選擇合適的優(yōu)化算法解決設(shè)計問題。MATLAB不但是實現(xiàn)數(shù)值計算的計算機(jī)高級語言，同時也是解決多種工程和數(shù)學(xué)問題的仿真軟件。本書以MATLAB語言作為程序設(shè)計語言和實踐環(huán)境，針對每一種算法編寫了學(xué)習(xí)程序，方便讀者學(xué)習(xí)。這些程序主要為驗證優(yōu)化算法而設(shè)計，讀者可以以此為基礎(chǔ)編寫自己的程序。MATLAB本身包含有命令格式和GUI格式的優(yōu)化工具箱，并隨著版本的升級不斷加入新的優(yōu)化算法。本書第11章簡要介紹了MATLAB優(yōu)化工具箱命令格式的各種優(yōu)化函數(shù)，優(yōu)化工具箱函數(shù)為實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計提供了極大的方便，但從學(xué)習(xí)的角度來說，應(yīng)盡可能自己編程以便深刻領(lǐng)會和掌握所學(xué)的優(yōu)化算法。

本書修訂版保持了原書的內(nèi)容，對部分內(nèi)容作了修訂，完善了各章習(xí)題。本書配有電子教案，需要者可與清華大學(xué)出版社聯(lián)系。

本書由張永恒主編并統(tǒng)稿，蔡慧林、褚衍東審閱，何瑋、馬斌、朱凌云（蘭州交通大學(xué)）、嚴(yán)軍（西北師范大學(xué)）參加編寫。第1章、第12.1~12.3節(jié)由張永恒編寫；第9章和第12.10節(jié)由何瑋編寫；第5、6、7章由馬斌編寫；第2、4、8章由朱凌云編寫；第3、10、11章和第12.4~12.9節(jié)由嚴(yán)軍編寫；習(xí)題由張永恒、馬斌、朱凌云編寫。在編寫過程中，張鵬、劉金平、程明、周志勇、寧珍、劉軍強(qiáng)、唐強(qiáng)完成了部分程序的調(diào)試工作，在此表示感謝。在編寫過程中參考了網(wǎng)絡(luò)中有關(guān)作者的資料在此一并表示感謝。

由于作者水平有限，書中一定有不少錯誤和缺點，敬請廣大讀者提出寶貴意見。

目錄

目 錄

第1章 緒論1

1.1 最優(yōu)化問題的提出1

1.2 最優(yōu)化問題的分類4

1.3 優(yōu)化模型的圖形表示5

1.4 有限元法引例10

1.5 多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化集成軟件iSIGHT簡介12

習(xí)題16第2章 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)18

2.1 向量與矩陣的范數(shù)18

2.1.1 向量的范數(shù)18

2.1.2 矩陣的范數(shù)18

2.2 方向?qū)?shù)與梯度19

2.2.1 方向?qū)?shù)19

2.2.2 梯度20

2.3 函數(shù)的泰勒級數(shù)展開21

2.4 無約束優(yōu)化問題的極值條件22

2.5 凸集與凸函數(shù)25

2.5.1 凸集25

2.5.2 凸函數(shù)25

2.6 有約束優(yōu)化問題的極值條件27

2.6.1 等式約束優(yōu)化問題的極值條件27

2.6.2 不等式約束優(yōu)化問題的極值條件29

習(xí)題36第3章 線性規(guī)劃37

3.1 線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式37

3.2 單純形法38

3.2.1 基本解與基本可行解38

3.2.2 基本可行解的轉(zhuǎn)換42

3.2.3 單純形法的計算步驟44

3.2.4 單純形法列表計算47

3.3 單純形法的MATLAB程序及實例49

3.4 改進(jìn)的單純形法51

3.4.1 改進(jìn)的單純形法的基本思想52

3.4.2 改進(jìn)的單純形法的計算步驟52

3.5 改進(jìn)的單純形法的MATLAB程序及實例55

習(xí)題57第4章 一維搜索方法60

4.1 確定初始單峰區(qū)間的方法--進(jìn)退法60

4.1.1 進(jìn)退法原理60

4.1.2 進(jìn)退法程序框圖及MATLAB程序61

4.2 黃金分割法63

4.2.1 黃金分割法的基本原理63

4.2.2 黃金分割法的計算方法63

4.2.3 黃金分割法的計算框圖和MATLAB程序64

4.3 拉格朗日插值多項式66

4.3.1 線性插值66

4.3.2 二次函數(shù)插值66

4.3.3 "_blank" href="/item/拉格朗日插值/19129353" data-lemmaid="19129353">拉格朗日插值多項式70

4.4 插值與擬合的其他方法71

4.4.1 差商與牛頓插值71

4.4.2 列維爾插值法72

4.4.3 曲線擬合的最小二乘法75

4.4.4 正交多項式及其在曲線擬合中的應(yīng)用76

4.5 一元及多元非線性方程求根81

4.5.1 一元非線性方程求根81

4.5.2 多元非線性方程組求根84

習(xí)題85第5章 無約束優(yōu)化問題的導(dǎo)數(shù)解法87

5.1 最速下降法87

5.1.1 最速下降法的基本原理87

5.1.2 最速下降法的MATLAB程序89

5.2 牛頓法90

5.2.1 牛頓法的基本原理90

5.2.2 阻尼牛頓法92

5.2.3 阻尼牛頓法的MATLAB程序93

5.3 共軛梯度法94

5.3.1 共軛方向的概念94

5.3.2 共軛方向與函數(shù)極值的關(guān)系94

5.3.3 共軛梯度法的幾種形式95

5.3.4 共軛梯度法的MATLAB程序99

5.4 變尺度法100

5.4.1 變量的尺度100

5.4.2 變尺度矩陣的建立103

5.4.3 變尺度法的MATLAB程序106

習(xí)題108第6章 無約束優(yōu)化問題的直接解法109

6.1 坐標(biāo)輪換法109

6.1.1 坐標(biāo)輪換法的基本原理109

6.1.2 搜索方向與步長的確定109

6.1.3 坐標(biāo)輪換法的MATLAB程序110

6.2 單形替換法112

6.2.1 單形替換法（一）113

6.2.2 單形替換法（二）114

6.2.3 單形替換法的MATLAB程序115

6.3 鮑威爾法119

6.3.1 鮑威爾法的原理120

6.3.2 鮑威爾基本算法的步驟120

6.3.3 改進(jìn)的鮑威爾方法121

6.4 鮑威爾法的MATLAB程序及實例125

習(xí)題127第7章 約束優(yōu)化問題的直接解法129

7.1 隨機(jī)方向法129

7.1.1 隨機(jī)方向法的基本原理129

7.1.2 隨機(jī)方向法的步驟129

7.1.3 隨機(jī)方向法的MATLAB程序130

7.2 復(fù)合形法133

7.2.1 復(fù)合形法的步驟133

7.2.2 復(fù)合形法的MATLAB程序135

7.3 可行方向法140

7.3.1 可行方向法的搜索策略140

7.3.2 Zoutendijk可行方向法141

7.3.3 Rosen可行方向法144

7.3.4 Rosen可行方向法的MATLAB程序146

習(xí)題150第8章 約束優(yōu)化問題的間接解法152

8.1 罰函數(shù)法152

8.1.1 內(nèi)點罰函數(shù)法152

8.1.2 外點罰函數(shù)法156

8.1.3 混合罰函數(shù)法158

8.2 增廣乘子法160

8.2.1 拉格朗日乘子法160

8.2.2 等式約束的增廣乘子法162

8.2.3 不等式約束的增廣乘子法165

習(xí)題169第9章 多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計171

9.1 多目標(biāo)優(yōu)化問題172

9.1.1 多目標(biāo)優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型172

9.1.2 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計解的類型172

9.2 多目標(biāo)優(yōu)化問題的求解方法173

9.2.1 線性組合法173

9.2.2 理想點法174

9.2.3 乘除法175

習(xí)題175第10章 最優(yōu)化問題的啟發(fā)式算法177

10.1 蟻群算法177

10.1.1 蟻群算法求解TSP的基本原理177

10.1.2 用蟻群算法求解函數(shù)優(yōu)化問題181

10.2 粒子群優(yōu)化算法185

10.2.1 粒子群優(yōu)化算法的基本原理185

10.2.2 用粒子群算法求解函數(shù)優(yōu)化問題185

10.3 遺傳算法189

10.3.1 遺傳算法的基本原理189

10.3.2 混合遺傳算法196

10.3.3 十進(jìn)制編碼遺傳算法199

10.3.4 用遺傳算法求解TSP問題203

10.4 模擬退火算法204

10.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法208

10.5.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征及分類208

10.5.2 BP網(wǎng)絡(luò)209

10.5.3 Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型212

習(xí)題222第11章 MATLAB優(yōu)化工具箱簡介223

11.1 MATLAB常用內(nèi)部數(shù)學(xué)函數(shù)223

11.2 MATLAB優(yōu)化工具箱的主要函數(shù)224

11.2.1 MATLAB求解優(yōu)化問題的主要函數(shù)224

11.2.2 優(yōu)化函數(shù)控制參數(shù)225

11.3 線性規(guī)劃問題226

11.4 一元和多元函數(shù)的優(yōu)化問題228

11.4.1 一元函數(shù)的優(yōu)化問題228

11.4.2 多元函數(shù)的無約束優(yōu)化問題228

11.4.3 多元函數(shù)的有約束優(yōu)化問題230

11.4.4 二次規(guī)劃問題231

11.5 半無限約束多元函數(shù)優(yōu)化問題233

11.6 多目標(biāo)優(yōu)化問題234

11.6.1 理想點法234

11.6.2 線性加權(quán)和法237

11.6.3 最大最小法239

11.6.4 目標(biāo)達(dá)到法240

11.7 最小二乘法在優(yōu)化及數(shù)據(jù)擬合中的應(yīng)用242

11.7.1 有約束線性最小二乘243

11.7.2 最小二乘法數(shù)據(jù)（曲線）擬合之一244

11.7.3 最小二乘法數(shù)據(jù)（曲線）擬合之二245

11.7.4 最小二乘法數(shù)據(jù)（曲線）擬合之三246

11.8 非線性方程的求解247

11.8.1 一元非線性方程的解247

11.8.2 非線性方程組的解247

習(xí)題251第12章 工程優(yōu)化設(shè)計實例254

12.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計254

12.1.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型255

12.1.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的MATLAB程序及運行結(jié)果256

12.2 凸輪優(yōu)化設(shè)計257

12.2.1 凸輪型線優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù)258

12.2.2 優(yōu)化函數(shù)約束條件259

12.2.3 凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的MATLAB程序及計算實例259

12.3 螺栓連接的優(yōu)化設(shè)計261

12.3.1 螺栓連接受力分析261

12.3.2 螺栓連接的設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)及約束條件262

12.3.3 螺栓連接的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型263

12.3.4 螺栓連接優(yōu)化設(shè)計的MATLAB程序及運行結(jié)果263

12.4 圓柱齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計264

12.4.1 模糊綜合評判的一般流程264

12.4.2 圓柱齒輪傳動優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計變量266

12.4.3 圓柱齒輪傳動優(yōu)化設(shè)計的約束條件267

12.4.4 最優(yōu)截集水平值"para" label-module="para">

12.4.5 圓柱齒輪傳動優(yōu)化設(shè)計的MATLAB程序及計算結(jié)果270

12.5 圓柱螺旋彈簧的優(yōu)化設(shè)計272

12.5.1 圓柱螺旋彈簧優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型272

12.5.2 圓柱螺旋彈簧優(yōu)化設(shè)計實例274

12.6 軸的優(yōu)化設(shè)計275

12.6.1 扭轉(zhuǎn)軸的優(yōu)化設(shè)計275

12.6.2 圓形等截面軸的優(yōu)化設(shè)計276

12.6.3 車床主軸的優(yōu)化設(shè)計278

12.7 桁架的優(yōu)化設(shè)計281

12.7.1 靜定桁架的優(yōu)化設(shè)計281

12.7.2 三桿桁架的優(yōu)化設(shè)計284

12.8 換熱器的優(yōu)化設(shè)計286

12.8.1 換熱器優(yōu)化設(shè)計（一）286

12.8.2 換熱器優(yōu)化設(shè)計（二）289

12.9 基于優(yōu)化方法的常微分方程邊值問題數(shù)值解291

12.9.1 基于MATLAB函數(shù)的求解方法291

12.9.2 求解兩點邊值問題的打靶法292

12.9.3 邊界層微分方程組及相似解293

12.9.4 流函數(shù)方程和溫度方程的求解295

12.10 含間隙機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計306

12.10.1 力學(xué)模型及運動微分方程307

12.10.2 系統(tǒng)的分岔和通向混沌的道路308

12.10.3 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的MATLAB程序309

習(xí)題312參考文獻(xiàn)3162100433B

第一篇 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及其MATLAB實現(xiàn)

第1章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論

1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念

1.1.1 生物神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)與功能特點

1.1.2 人工神經(jīng)元模型

1.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

1.1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作方式

1.1.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)

1.1.6 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類

1.2 典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型

1.2.1 MP模型

1.2.2 感知機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.3 自適應(yīng)線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.5 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.6 競爭學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.7 學(xué)習(xí)向量量化（LVQ）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.8 Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.9 Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.10 Boltzmann神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.2.11 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練

1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

1.3.1 神經(jīng)控制的基本原理

1.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制中的主要作用

1.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分類

第2章 MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.1 感知機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.2 線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.4 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.5 自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.6 學(xué)習(xí)向量量化（LVQ）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.7 Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.8 Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱函數(shù)

2.9 MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的圖形用戶界面

第3章 基于Simulink的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

3.1 基于Simulink的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊

3.1.1 模塊的設(shè)置

3.1.2 模塊的生成

3.2 基于Simulink的三種典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

3.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測控制

3.2.2 反饋線性化控制

3.2.3 模型參考控制

第二篇 模糊邏輯控制及其MATLAB實現(xiàn)

第4章 模糊邏輯控制理論

4.1 模糊邏輯理論的基本概念

4.1.1 模糊集合及其運算

4.1.2 模糊關(guān)系及其合成

4.1.3 模糊向量及其運算

4.1.4 模糊邏輯規(guī)則

4.1.5 模糊邏輯推理

4.2 模糊邏輯控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

4.2.1 模糊控制系統(tǒng)的組成

4.2.2 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)

4.2.3 模糊控制器的維數(shù)

4.2.4 模糊控制中的幾個基本運算操作

4.3 模糊邏輯控制系統(tǒng)的基本原理

4.3.1 模糊化運算

4.3.2 數(shù)據(jù)庫

4.3.3 規(guī)則庫

4.3.4 模糊推理

4.3.5 清晰化計算

4.4 離散論域的模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計

4.5 具有PID功能的模糊控制器

第5章 MATLAB模糊邏輯工具箱函數(shù)

5.1 MATLAB模糊邏輯工具箱簡介

5.1.1 模糊邏輯工具箱的功能特點

5.1.2 模糊推理系統(tǒng)的基本類型

5.1.3 模糊邏輯系統(tǒng)的構(gòu)成

5.2 利用模糊邏輯工具箱建立模糊推理系統(tǒng)

5.2.1 模糊推理系統(tǒng)的建立、修改與存儲管理

5.2.2 模糊語言變量及其語言值

5.2.3 模糊語言變量的隸屬度

5.2.4 模糊規(guī)則的建立與修改

5.2.5 模糊推理計算與去模糊化

5.3 MATLAB模糊邏輯工具箱的圖形用戶界面

5.3.1 模糊推理系統(tǒng)編輯器（Fuzzy）

5.3.2 隸屬度函數(shù)編輯器（Mfedit）

5.3.3 模糊規(guī)則編輯器（Ruleedit）

5.3.4 模糊規(guī)則瀏覽器（Ruleview）

5.3.5 模糊推理輸入輸出曲面視圖（Surfview）

5.4 基于Simulink的模糊邏輯的系統(tǒng)模塊

第6章 模糊神經(jīng)和模糊聚類及其MATLAB實現(xiàn)

6.1 基于標(biāo)準(zhǔn)模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

6.1.1 模糊系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型

6.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.1.3 學(xué)習(xí)算法

6.2 基于Takagi-Sugeno模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

6.2.1 模糊系統(tǒng)的Takagi-Sugeno模型

6.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.2.3 學(xué)習(xí)算法

6.3 MATLAB模糊神經(jīng)工具箱函數(shù)

6.3.1 模糊神經(jīng)系統(tǒng)的建模函數(shù)

6.3.2 采用網(wǎng)格分割方式生成模糊推理系統(tǒng)函數(shù)

6.3.3 MATLAB模糊神經(jīng)推理系統(tǒng)的圖形用戶界面

6.4 MATLAB模糊聚類函數(shù)

6.4.1 模糊C.均值聚類函數(shù)

6.4.2 減法聚類函數(shù)

6.4.3 基于減法聚類的模糊推理系統(tǒng)建模函數(shù)

第三篇 預(yù)測控制及其MATLAB實現(xiàn)

第7章 預(yù)測控制理論

7.1 動態(tài)矩陣控制理論

7.1.1 預(yù)測模型

7.1.2 滾動優(yōu)化

7.1.3 誤差校正

7.2 廣義預(yù)測控制理論

7.2.1 預(yù)測模型

7.2.2 滾動優(yōu)化

7.2.3 反饋校正

7.3 預(yù)測控制理論分析

7.3.1 廣義預(yù)測控制的性能分析

7.3.2 廣義預(yù)測控制與動態(tài)矩陣控制規(guī)律的等價性證明

7.3.3 廣義預(yù)測控制與動態(tài)矩陣控制的比較

第8章 MATI.AB預(yù)測控制工具箱函數(shù)

8.1 系統(tǒng)模型辨識函數(shù)

8.1.1 數(shù)據(jù)向量或矩陣的歸一化

8.1.2 基于線性回歸方法的脈沖響應(yīng)模型辨識

8.1.3 脈沖響應(yīng)模型轉(zhuǎn)換為階躍響應(yīng)模型

8.1.4 模型的校驗

8.2 系統(tǒng)模型建立與轉(zhuǎn)換函數(shù)

8.2.1 模型轉(zhuǎn)換

8.2.2 模型建立

8.3 基于階躍響應(yīng)模型的控制器設(shè)計與仿真函數(shù)

8.3.1 輸入/輸出有約束的模型預(yù)測控制器設(shè)計與仿真

8.3.2 輸入/輸出無約束的模型預(yù)測控制器設(shè)計

8.3.3 計算由階躍響應(yīng)模型構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)模型

8.4 基于狀態(tài)空間模型的預(yù)測控制器設(shè)計函數(shù)

8.4.1 輸入/輸出有約束的狀態(tài)空間模型預(yù)測控制器設(shè)計

8.4.2 輸入腧出無約束的狀態(tài)空間模型預(yù)測控制器設(shè)計

8.4.3 狀態(tài)估計器設(shè)計

8.5 系統(tǒng)分析與繪圖函數(shù)

8.5.1 計算和繪制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線

8.5.2 計算頻率響應(yīng)的奇異值

8.5.3 計算系統(tǒng)的極點和穩(wěn)態(tài)增益矩陣

8.5.4 系統(tǒng)分析和繪圖

8.6 通用功能函數(shù)

8.6.1 通用模型轉(zhuǎn)換

8.6.2 方程求解

8.6.3 離散系統(tǒng)的分析

第9章 隱式廣義預(yù)測自校正控制及其MATLAB實現(xiàn)

9.1 單輸入單輸出系統(tǒng)的隱式廣義預(yù)測自校正控制算法

9.2 多輸入多輸出系統(tǒng)的隱式廣義預(yù)測自校正控制算法

9.3 仿真研究

9.3.1 單輸入單輸出系統(tǒng)的仿真研究

9.3.2 多輸入多輸出系統(tǒng)的仿真研究

附錄A 隱式廣義預(yù)測自校正控制仿真程序清單

附錄B MATLAB函數(shù)一覽表

附錄C MATLAB函數(shù)分類索引

參考文獻(xiàn)2100433B