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控制系統建模模擬與設計(基於MATLAB\Simulink的分析與實現)/科學與工程計算技術叢書

  • 作者：編者:李怡然//孫中奇//吳楚格|責編:范德一
  • 出版社：清華大學
  • ISBN：9787302693550
  • 出版日期：2025/07/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：209
人民幣：RMB 59 元      售價：元
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內容大鋼
    本書面向高等學校理工科專業學生和行業工程技術人員，旨在幫助理工科專業低年級學生和相關行業沒有編程基礎的工程技術人員了解電腦程序設計的基本思想和方法，熟練掌握MATLAB工具，引導讀者從電腦程序設計的基本概念逐漸過渡到工程實踐應用。
    全書共分為五篇：第一篇MATLAB程序設計基礎（第1?4章），主要介紹MATLAB的基本應用、矩陣和矩陣運算、圖形繪製與數據可視化和MATLAB程序設計基本方法；第二篇MATLAB在自動控制理論中的應用（第5?9章），主要介紹使用MATLAB工具箱完成線性系統的建模、性質分析、時域響應分析、根軌跡和頻域分析方法；第三篇Simulink在自動控制理論中的應用（第10?15章），主要介紹Simulink的基本用法、控制系統典型環節的模擬、控制系統穩定性分析與穩態誤差模擬、系統串聯校正器設計、PID控制器設計和非線性系統模擬與分析；第四篇典型控制系統實驗（第16、17章），選取典型被控對象直流電機系統和旋轉倒立擺系統，綜合應用MATLAB、Simulink及相關工具箱完成硬體在環系統建模、模擬與控制器設計；第五篇項目控制系統設計案例（第18、19章）給出了兩個項目控制系統設計案例「垃圾分揀系統設計」和「平衡球傳遞系統設計」，以項目案例牽引學生進一步深入理解控制系統建模、模擬與設計的方法，培養學生創新意識和綜合能力。
    本書適合作為高等院校理工科專業本科生和高職高專學生、各類培訓機構的教材，也適用於其他專業和行業的工程技術人員作為控制系統模擬、電腦輔助設計等工程應用的自學入門參考讀物。
作者介紹
編者:李怡然//孫中奇//吳楚格|責編:范德一
目錄
第一篇  MATLAB程序設計基礎
  第1章  MATLAB的基本應用
    1.1  MATLAB入門
    1.2  命令行窗口
    1.3  腳本和實時腳本
      1.3.1  腳本
      1.3.2  實時腳本
      1.3.3  幫助和文檔
  第2章  矩陣和矩陣運算
    2.1  矩陣的創建
      2.1.1  矩陣的構建
      2.1.2  創建特殊矩陣
      2.1.3  矩陣的串聯
      2.1.4  冒號表達式
      2.1.5  矩陣位置索引
      2.1.6  從矩陣中刪除行或列
    2.2  矩陣的基本運算
      2.2.1  矩陣的代數運算
      2.2.2  矩陣的點運算
      2.2.3  矩陣的邏輯運算與比較運算
      2.2.4  矩陣的轉置、翻轉與旋轉
      2.2.5  矩陣的基本分析
    2.3  創新案例
  第3章  圖形繪製與數據可視化
    3.1  二維曲線的繪製
      3.1.1  二元數據的曲線繪製
      3.1.2  曲線圖形的屬性設置
      3.1.3  將多個圖形在同一窗口繪製
    3.2  三維圖形表示
      3.2.1  三維曲線繪製
      3.2.2  三維曲面繪製
      3.2.3  三維圖形視角設置
    3.3  創新案例
  第4章  MATLAB程序設計
    4.1  程序控制結構
      4.1.1  順序結構
      4.1.2  選擇結構
      4.1.3  循環結構
    4.2  M文件編輯和調試
      4.2.1  斷點
      4.2.2  運行和單步調試
      4.2.3  節
    4.3  創新案例
第二篇  MATLAB在自動控制理論中的應用
  第5章  線性控制系統的數學模型
    5.1  控制系統數學描述
      5.1.1  傳遞函數模型
      5.1.2  狀態空間方程
      5.1.3  零極點增益模型
      5.1.4  離散系統傳遞函數模型

      5.1.5  離散系統狀態空間方程
    5.2  不同模型之間的轉換
      5.2.1  連續模型和離散模型之間的轉換
      5.2.2  狀態空間方程與傳遞函數之間的轉換
      5.2.3  傳遞函數的狀態空間實現
      5.2.4  系統最小實現
    5.3  控制系統框圖簡化
    5.4  創新案例
  第6章  線性系統性質分析
    6.1  線性系統穩定性分析
    6.2  線性系統可控性分析
    6.3  線性系統可觀測性分析
    6.4  創新案例
  第7章  線性系統時域分析
    7.1  線性系統時域響應
      7.1.1  線性系統的階躍響應和脈衝響應
      7.1.2  零初始狀態系統響應
      7.1.3  線性系統任意初始狀態的響應
    7.2  典型二階系統的階躍響應
      7.2.1  二階系統時域動態性能指標及其數值計算方法
      7.2.2  二階系統時域動態性能指標解析解法
    7.3  創新案例
  第8章  線性系統根軌跡分析
    8.1  根軌跡法
    8.2  創新案例
  第9章  線性系統頻域分析
    9.1  單變數線性系統頻域分析
    9.2  基於頻率特性的系統穩定性分析
    9.3  系統的幅值裕度和相位裕度
    9.4  創新案例
第三篇  Simulink在自動控制理論中的應用
  第10章  Simulink與系統模擬
    10.1  Simulink工作環境
      10.1.1  基礎模型建立
      10.1.2  基礎模型模擬實現
      10.1.3  Simulink模塊庫
    10.2  Simulink環境設置
      10.2.1  功能模塊操作
      10.2.2  設置模擬起止時間及步長
      10.2.3  參數設置方法
    10.3  與M文件組合模擬
      10.3.1  模擬運行命令
      10.3.2  模擬函數調用格式
    10.4  模擬案例
    10.5  子系統封裝
      10.5.1  子系統劃分
      10.5.2  與函數模塊組合模擬
  第11章  典型一階、二階系統的模擬與分析
    11.1  典型一階系統模擬
      11.1.1  比例環節

      11.1.2  積分環節
      11.1.3  微分環節
      11.1.4  慣性環節
      11.1.5  比例積分環節
      11.1.6  比例微分環節
    11.2  典型二階系統模擬
      11.2.1  頻率固定阻尼變化情況
      11.2.2  阻尼固定頻率變化情況
    11.3  創新案例
  第12章  系統穩定性及穩態誤差模擬與分析
    12.1  穩定性模擬與分析
      12.1.1  開環增益與閉環系統
      12.1.2  開環增益值對系統穩定性的影響
    12.2  穩態誤差模擬與分析
      12.2.1  穩態誤差的概念
      12.2.2  穩態誤差模擬實例
    12.3  創新案例
  第13章  串聯超前、滯后校正模擬與設計
    13.1  超前校正分析與模擬
      13.1.1  超前校正原理
      13.1.2  串聯超前校正設計
    13.2  滯后校正分析與模擬
      13.2.1  滯后校正原理
      13.2.2  串聯滯后校正
    13.3  創新案例
  第14章  PID控制器參數模擬與設計
    14.1  PID控制器介紹
    14.2  PID試湊原則
    14.3  PID控制器模擬案例
    14.4  創新案例
  第15章  非線性系統模擬與分析
      微課視頻22分鐘
    15.1  Simulink非線性模塊
      15.1.1  時變系統模擬
      15.1.2  多值非線性環節模擬
    15.2  非線性系統的極限環模擬研究
    15.3  電腦控制系統模擬
    15.4  創新案例
第四篇  典型控制系統實驗
  第16章  直流電機的控制系統分析與設計
    16.1  直流電機系統模型
      16.1.1  直流電機電壓-速度模型
      16.1.2  直流電機電壓-位置模型
    16.2  直流電機系統時域分析
      16.2.1  一階閉環系統時域分析
      16.2.2  二階閉環系統時域分析
      16.2.3  系統穩態誤差分析
    16.3  直流電機系統頻域分析
    16.4  直流電機伺服系統雙閉環控制器設計
    16.5  直流電機二階系統的超前補償器設計

    16.6  參考實驗步驟
  第17章  旋轉倒立擺的控制系統分析與設計
    17.1  旋轉倒立擺數學模型
      17.1.1  穩擺控制數學模型
      17.1.2  起擺控制數學模型
    17.2  旋轉倒立擺穩擺控制
    17.3  旋轉倒立擺起擺控制
      17.3.1  能量控制
      17.3.2  混合控制
    17.4  旋轉擺LQR控制器設計
    17.5  參考實驗步驟
第五篇  項目制控制系統設計案例
  第18章  垃圾分揀系統設計
    18.1  項目背景
    18.2  項目任務
    18.3  系統結構
      18.3.1  硬體設備選型
      18.3.2  系統軟體模型
    18.4  項目實施過程
      18.4.1  項目制創新性實驗參考流程
      18.4.2  設計要點和創新點
  第19章  平衡球傳遞系統設計
    19.1  項目背景
    19.2  項目任務
    19.3  系統設計
      19.3.1  機械結構設計
      19.3.2  視覺位移檢測模型
      19.3.3  單體平衡球控制系統設計
      19.3.4  傳遞協作機制設計
      19.3.5  平衡球傳遞系統控制器設計
    19.4  項目實施過程
      19.4.1  項目制創新性實驗參考流程
      19.4.2  設計要點和創新點

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