本書是工科類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)教材，配套有2021年江蘇省省級金課"城市追蹤場景下的自動控制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”。該虛擬仿真課程給學(xué)生提供了一個隨時隨地實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的平臺。本書涵蓋了經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際相結(jié)合，主要內(nèi)容包括MATLAB軟件基礎(chǔ)、四旋翼無人機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺、控制系統(tǒng)的時域分析、根軌跡分析與設(shè)計(jì)、線性系統(tǒng)的頻域分析法、線性系統(tǒng)的串聯(lián)校正、非線性控制系統(tǒng)分析、狀態(tài)空間分析及最優(yōu)控制、無人機(jī)自動跟蹤虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)，配以MATLAB軟件的相關(guān)函數(shù)和代碼，提供控制理論相關(guān)問題求解的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有典型性和代表性，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上體現(xiàn)了實(shí)用性和先進(jìn)性。 本書適用于自動化、電氣工程及其自動化、測控技術(shù)與儀器及智能科學(xué)與技術(shù)等電氣信息類專業(yè)，同時適合工科相關(guān)本科專業(yè)的學(xué)生自學(xué)，也可作為研究生的學(xué)習(xí)資料。
萬佑紅，教授，自動化專業(yè)優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)帶頭人，從事控制領(lǐng)域課程教學(xué)二十余年，長期承擔(dān)《自動控制原理》、《MATLAB與仿真》、《智能控制》等課程的教學(xué)工作。近年來主要從事復(fù)雜系統(tǒng)的建模及其控制優(yōu)化等領(lǐng)域的研究工作，先后參與并主持了國家自然基金項(xiàng)目、省自然基金項(xiàng)目和企業(yè)合作課題10余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇。
第1章 MATLAB軟件基礎(chǔ) 1
1.1 MATLAB基本介紹 1
1.1.1 MATLAB軟件的安裝與主要工作界面 1
1.1.2 MATLAB的變量 2
1.1.3 MATLAB的基本運(yùn)算 3
1.1.4 如何在MATLAB 中獲得幫助 4
1.2 MATLAB基礎(chǔ)知識 4
1.2.1 矩陣的創(chuàng)建與尋訪 5
1.2.2 多項(xiàng)式的表達(dá)與計(jì)算 7
1.2.3 常用控制流與M文件 9
1.2.4 基本繪圖方法 14
1.3 控制系統(tǒng)Simulink仿真環(huán)境 18
1.3.1 Simulink簡介 18
1.3.2 Simulink的基本模塊 19
1.3.3 Simulink的基本操作 22
1.3.4 Simulink的建模示例 24
第2章 四旋翼無人機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺 27
2.1 四旋翼無人機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)與飛行原理 27
2.2 四旋翼無人機(jī)動力學(xué)方程 29
2.2.1 坐標(biāo)描述及其轉(zhuǎn)換關(guān)系 29
2.2.2 動力學(xué)方程的建立 29
2.2.3 姿態(tài)角模型簡化 33
2.2.4 位置模型簡化 34
2.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺介紹 35
2.4 四旋翼無人機(jī)虛擬仿真認(rèn)知實(shí)驗(yàn) 36
第3章 控制系統(tǒng)的時域分析 43
3.1 控制系統(tǒng)的時域分析方法 43
3.1.1 典型輸入信號 43
3.1.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 44
3.1.3 控制系統(tǒng)的動態(tài)性能 45
3.1.4 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 46
3.1.5 一階系統(tǒng)的時域分析 48
3.1.6 二階系統(tǒng)的時域分析 49
3.2 時域分析常用的MATLAB函數(shù) 52
3.2.1 傳遞函數(shù)的MATLAB表示方法 52
3.2.2 MATLAB時域分析方法 54
3.3 控制系統(tǒng)的時域分析仿真實(shí)驗(yàn) 62
3.3.1 一階系統(tǒng)的時域分析仿真實(shí)驗(yàn) 62
3.3.2 二階系統(tǒng)的時域分析仿真實(shí)驗(yàn) 63
3.3.3 四旋翼無人機(jī)建模實(shí)驗(yàn) 64
3.3.4 虛擬仿真下的時域分析 68
第4章 根軌跡分析與設(shè)計(jì) 70
4.1 繪制根軌跡的基本法則 70
4.1.1 根軌跡的分支數(shù)、對稱性、連續(xù)性 70
4.1.2 根軌跡的起點(diǎn)與終點(diǎn) 70
4.1.3 根軌跡的漸近線 70
4.1.4 實(shí)軸上的根軌跡 71
4.1.5 根軌跡的分離點(diǎn)與分離角 71
4.1.6 根軌跡的起始角與終止角 71
4.1.7 根軌跡與虛軸的交點(diǎn) 71
4.1.8 根之和 72
4.2 根軌跡繪制常用函數(shù) 72
4.3 階躍響應(yīng)的根軌跡分析 74
4.3.1 阻尼比線和自然頻率柵格線繪制 74
4.3.2 根軌跡分析與設(shè)計(jì)工具rltool 75
4.4 線性系統(tǒng)根軌跡仿真實(shí)驗(yàn) 78
第5章 線性系統(tǒng)的頻域分析法 80
5.1 頻率特性 80
5.1.1 頻率特性的基本概念 80
5.1.2 頻率特性的幾何表示法 81
5.1.3 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 82
5.2 穩(wěn)定判據(jù)和穩(wěn)定裕度 83
5.2.1 Nyquist穩(wěn)定判據(jù) 83
5.2.2 對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù) 83
5.2.3 穩(wěn)定裕度 84
5.3 頻域分析法的MATLAB函數(shù) 84
5.3.1 頻率特性繪制命令 85
5.3.2 幅值裕量和相位裕量 87
5.4 線性系統(tǒng)的頻域分析實(shí)驗(yàn) 87
5.4.1 二階系統(tǒng)的頻域分析實(shí)驗(yàn) 87
5.4.2 虛擬仿真下頻域的控制原理 88
第6章 線性系統(tǒng)的串聯(lián)校正 90
6.1 控制系統(tǒng)的校正設(shè)計(jì)方法 90
6.1.1 串聯(lián)超前校正 90
6.1.2 串聯(lián)滯后校正 91
6.2 基于MATLAB的串聯(lián)校正設(shè)計(jì) 92
6.2.1 基于頻率法的串聯(lián)超前校正 92
6.2.2 基于頻率法的串聯(lián)滯后校正 93
6.3 線性系統(tǒng)串聯(lián)校正實(shí)驗(yàn) 96
6.4 基于硬件的串聯(lián)校正設(shè)計(jì) 97
6.4.1 典型環(huán)節(jié)的模擬電路 97
6.4.2 連續(xù)系統(tǒng)串聯(lián)校正 99
第7章 非線性控制系統(tǒng)分析 101
7.1 非線性控制系統(tǒng)概述 101
7.1.1 控制系統(tǒng)中的典型非線性特性 101
7.1.2 非線性控制系統(tǒng)的特殊性 103
7.1.3 非線性控制系統(tǒng)的分析方法 104
7.2 描述函數(shù)法 104
7.2.1 描述函數(shù)的基本概念 105
7.2.2 典型非線性元件的描述函數(shù) 107
7.2.3 用描述函數(shù)法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 110
7.3 改善非線性系統(tǒng)性能的措施及非線性特性的利用 112
7.3.1 改變線性部分的參數(shù)或針對線性部分進(jìn)行校正 112
7.3.2 改變非線性特性 113
7.3.3 非線性特性的利用 113
7.4 非線性系統(tǒng)中的MATLAB函數(shù) 114
7.5 非線性控制系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn) 116
7.5.1 典型非線性環(huán)節(jié)模擬 116
7.5.2 非線性控制系統(tǒng)分析 118
7.5.3 非線性系統(tǒng)的相平面法 120
第8章 狀態(tài)空間分析及最優(yōu)控制 122
8.1 觀測器和極點(diǎn)配置 122
8.1.1 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間描述 122
8.1.2 狀態(tài)空間基本概念 123
8.1.3 狀態(tài)空間表達(dá)式 124
8.1.4 狀態(tài)觀測器 127
8.1.5 極點(diǎn)配置 128
8.1.6 全維狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 130
8.2 最優(yōu)控制 132
8.2.1 最優(yōu)控制的基本原理 132
8.2.2 最優(yōu)控制的應(yīng)用類型 134
8.2.3 最優(yōu)控制的研究方法 135
8.2.4 線性二次型問題的最優(yōu)控制 136
8.2.5 無限時間定常狀態(tài)調(diào)節(jié)器 137
8.2.6 最優(yōu)閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性 138
8.3 狀態(tài)空間分析及最優(yōu)控制的MATLAB函數(shù) 140
8.3.1 狀態(tài)空間分析的MATLAB函數(shù) 140
8.3.2 最優(yōu)控制的MATLAB函數(shù) 141
8.4 現(xiàn)代控制理論實(shí)驗(yàn) 142
8.4.1 觀測器和極點(diǎn)配置實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 142
8.4.2 四旋翼無人機(jī)觀測器和極點(diǎn)配置虛擬仿真實(shí)驗(yàn) 143
8.4.3 最優(yōu)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 144
第9章 無人機(jī)自動跟蹤虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn) 146
9.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康?146
9.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)原理 147
9.2.1 數(shù)學(xué)建模 147
9.2.2 控制策略 148
9.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 149
9.4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)步驟 150
9.4.1 學(xué)生交互性操作步驟（共11步） 150
9.4.2 交互性步驟詳細(xì)說明 152
9.5 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)記錄 167
9.6 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)拓展思考 168
參考文獻(xiàn)
新書資訊