控制系統(tǒng)仿真與CAD 第2版
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叢 書 名:普通高等教育電氣工程與自動(dòng)化(應(yīng)用型)“十三五”規(guī)劃教材
以MATLAB為仿真平臺(tái),以自動(dòng)控制系統(tǒng)為主線,系統(tǒng)地介紹了控制系統(tǒng)的建模、分析與設(shè)計(jì)的基本原理和仿真方法。本書共分五章,分別介紹了MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)、控制系統(tǒng)在MATLAB中的描述、控制系統(tǒng)各種分析方法及MATLAB實(shí)現(xiàn)、以MATLAB為工具的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、Simulink及其應(yīng)用。
目 錄 前 言 第1 章 控制系統(tǒng)仿真及工具軟件概述 1 1. 1 控制系統(tǒng)及仿真軟件 1 1. 1. 1 控制系統(tǒng)模型 1 1. 1. 2 控制系統(tǒng)仿真 2 1. 1. 3 MATLAB 的語言特點(diǎn) 3 1. 1. 4 MATLAB 的控制產(chǎn)品 4 1. 2 MATLAB 的操作與使用 5 1. 2. 1 MATLAB 的工作空間 6 1. 2. 2 MATLAB 的命令窗口 6 1. 2. 3 MATLAB 的程序編輯器 6 1. 2. 4 MATLAB 的幫助文件 7 1. 3 數(shù)值計(jì)算與矩陣運(yùn)算 10 1. 3. 1 MATLAB 的數(shù)值類型 10 1. 3. 2 矩陣運(yùn)算 12 1. 3. 3 符號(hào)運(yùn)算 15 1. 4 程序、 文件和函數(shù) 23 1. 4. 1 M 文件編程 23 1. 4. 2 常用的編程語句 26 1. 4. 3 程序調(diào)試與診斷 30 本章小結(jié) 33 習(xí)題 33 第2 章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 34 2. 1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與控制工具箱 函數(shù) 34 2. 1. 1 傳遞函數(shù)模型 34 2. 1. 2 狀態(tài)空間模型 42 2. 2 控制系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換及連接 47 2. 2. 1 模型轉(zhuǎn)換函數(shù) 47 2. 2. 2 模型連接與化簡 51 2. 3 控制系統(tǒng)建模工程實(shí)例 55 本章小結(jié) 62 習(xí)題 62 第3 章 控制系統(tǒng)分析 63 3. 1 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 63 3. 1. 1 時(shí)域分析基礎(chǔ) 63 3. 1. 2 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析 64 3. 1. 3 階躍響應(yīng)分析 65 3. 1. 4 脈沖響應(yīng)分析 70 3. 1. 5 任意輸入的時(shí)域響應(yīng)分析 73 3. 1. 6 控制系統(tǒng)時(shí)域分析綜合實(shí)例 74 3. 2 控制系統(tǒng)的根軌跡分析 75 3. 2. 1 函數(shù)指令方式 75 3. 2. 2 單輸入單輸出設(shè)計(jì)工具 82 3. 3 控制系統(tǒng)的頻域分析 91 3. 3. 1 頻率響應(yīng)與 Nyquist 圖 92 3. 3. 2 伯德圖分析 95 3. 3. 3 控制系統(tǒng)頻域分析綜合實(shí)例 99 3. 3. 4 基于單輸入單輸出設(shè)計(jì)工具的控制 系統(tǒng)頻域分析 101 3. 4 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 102 3. 4. 1 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法簡述 102 3. 4. 2 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的MATLAB 實(shí)現(xiàn) 104 3. 5 控制系統(tǒng)的可觀性與可控性分析 106 3. 5. 1 系統(tǒng)的可觀性分析 107 3. 5. 2 系統(tǒng)的可控性分析 109 本章小結(jié) 112 習(xí)題 112 第4 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 113 4. 1 基于根軌跡的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 113 4. 1. 1 基于根軌跡的相位超前校正 113 4. 1. 2 基于根軌跡的相位滯后校正 123 4. 2 基于伯德圖的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 126 4. 2. 1 基于伯德圖的相位超前校正 126 4. 2. 2 基于伯德圖的相位滯后校正 130 4. 2. 3 基于伯德圖的滯后 ̄超前校正 133 4. 3 控制系統(tǒng)的 PID 控制器設(shè)計(jì) 136 4. 3. 1 PID 控制規(guī)律 137 4. 3. 2 PID 控制器設(shè)計(jì)方法 140 4. 3. 3 PID 控制器設(shè)計(jì)實(shí)例 146 4. 4 極點(diǎn)配置與觀測器設(shè)計(jì) 150 目 錄Ⅶ 4. 4. 1 極點(diǎn)配置 150 4. 4. 2 全維狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 153 4. 4. 3 降維狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì) 155 4. 4. 4 基于觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng) 設(shè)計(jì)綜合實(shí)例 157 本章小結(jié) 159 習(xí)題 159 第5 章 控制系統(tǒng)CAD ——— Simulink 基礎(chǔ)與應(yīng)用 161 5. 1 Simulink 基本介紹與基本操作 161 5. 1. 1 Simulink 的基本介紹 161 5. 1. 2 Simulink 的啟動(dòng) 161 5. 1. 3 Simulink Library 163 5. 2 Simulink 的建模方法與仿真 168 5. 2. 1 仿真模型編譯器 168 5. 2. 2 仿真系統(tǒng)的編輯 169 5. 2. 3 Simulink 仿真參數(shù)的設(shè)定 172 5. 2. 4 Simulink 與MATLAB 的接口 設(shè)計(jì) 174 5. 3 Simulink 子系統(tǒng)的創(chuàng)建與封裝 176 5. 3. 1 Simulink 子系統(tǒng)的創(chuàng)建 176 5. 3. 2 Simulink 子系統(tǒng)的封裝 178 5. 4 采用 MATLAB 命令進(jìn)行仿真與分析 181 5. 4. 1 仿真系統(tǒng)的打開和關(guān)閉 181 5. 4. 2 功能模塊參數(shù)設(shè)置 182 5. 4. 3 系統(tǒng)模型的仿真運(yùn)行 183 5. 4. 4 仿真系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 183 5. 4. 5 運(yùn)行結(jié)果分析 185 5. 5 S 函數(shù) 187 5. 5. 1 S 函數(shù)簡介 188 5. 5. 2 用 M 文件創(chuàng)建 S 函數(shù) 190 5. 6 基于Simulink 的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 實(shí)例 195 5. 6. 1 連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析實(shí)例 195 5. 6. 2 連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析實(shí)例 197 5. 6. 3 連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析實(shí)例 199 5. 6. 4 線性連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例 203 本章小結(jié) 208 習(xí)題 208 參考文獻(xiàn) 209