《自動控制理論創新實驗案例教程》圍繞自動控制涉及的MATLAB軟件應用、硬件實驗和創新實驗編寫，共包含四個章節三大部分內容。第一部分從MATLAB最基本的數學應用開始，強調該軟件在自動控制理論中的應用，包括數據處理函數、繪圖函數和SIMULINK仿真模塊搭建。第二部分為經典和現代控制理論原理實驗，包括線性系統時域和頻域的性能指標、PID參數設計、非線性分析。第三部分為創新型實驗設計，包括遠程控制實驗和智能控制實驗，通過遠程控制手段和智能算法講解對系統的參數分析方法。本書可作為高等院校中工科自動化、電氣工程自動化、機械工程及自動化、儀表及測試等專業的教科書，也適用從事自動控制類的各專業工程技術人員的自學參考。
本書適用于是自動化及自動化相關專業的必修實驗課程。隨著計算機技術和信息技術的迅速發展，自動控制技術已經廣泛應用于工農業生產、日常生活、科學研究、航空航天和國防軍事等諸多領域。以計算機為控制手段的實驗應用越來越廣泛。本書實驗內容以計算機為核心，以培養學生的基本操作技能、綜合應用能力和創新能力為目標，通過實驗使學生進一步了解和掌握自動控制理論課程的基本概念、控制系統的分析方法和設計方法。本書在作者《自動控制理論實驗》一書的基礎上，經過五年的實驗教學實踐補充、修訂而成，并增加了創新實驗設計。
本書包含4章，前2章為軟件設計。第1章從Matlab最基本的數學應用開始介紹，重點強調該軟件在自動控制理論中的應用。第2章主要介紹過程控制中大延遲環節及復雜控制的仿真內容，對實現工業過程控制系統的穩定性、準確性、快速性判別及分析提供幫助。第3章主要結合經典控制實驗，如典型環節分析、二階系統階躍響應研究、時域的勞斯穩定判據分析、頻域中伯德圖、頻率特性、超前校正、滯后校正、非線性特性分析、PID參數設計等內容進行介紹，每個實驗介紹了實驗原理、方法和步驟，以及采用模擬實驗箱的分立元件搭接線性、非線性被控對象進行介紹。第4章為創新型實驗，包括遠程控制實驗和智能控制實驗。其中，遠程控制實驗以三容水箱為被控對象，實現對系統的P、PI及模糊控制。智能控制實驗以模擬電路為被控對象，通過A/D和D/A轉換將計算機作為控制單元，實現遺傳算法、模糊控制及神經網絡控制。實驗中講解了對系統參數分析的方法，為學生自行分析被控對象系統性能、實現控制器參數設計及參加創新設計奠定了基礎。
前言
第1章 Matlab在自動控制理論中的應用1
【案例一】 Matlab的基本使用2
實驗一 矩陣的基本運算8
【案例二】 傳遞函數的建立方法及形式轉換8
實驗二 傳遞函數的建立及轉換方法16
【案例三】 使用框圖化簡傳遞函數16
實驗三 框圖化簡23
【案例四】 線性系統的時域分析23
實驗四 二階系統階躍響應參數變化仿真32
【案例五】 線性系統的頻域分析33
實驗五 頻率特性函數39
【案例六】 狀態空間分析39
實驗六 狀態空間可控可觀性仿真研究43
第2章 Simulink仿真在自動控制理論中的應用44
【實驗預習】 44
【案例一】 典型環節階躍響應曲線50
實驗一 六種常用典型環節仿真54
【案例二】 標準二階系統階躍響應分析54
實驗二 二階系統階躍響應仿真分析55
【案例三】 串聯校正環節設計56
實驗三 超前滯后校正系統仿真設計58
【案例四】 使用試湊法設計PID控制器參數58
實驗四 使用試湊法設計PID控制器參數并仿真62
【案例五】 使用工程整定法設置PID控制器參數63
實驗五 常用工程整定法PID參數仿真70
【案例六】 使用Smith預估器設置PID控制器參數70
實驗六 大延遲系統控制仿真73
【案例七】 復雜控制仿真73
實驗七 串級控制及前饋反饋控制仿真77
【案例八】 使用Matlab創建程序M文件分析系統穩定性78
實驗八 編程實現穩定性仿真分析84
第3章 自動控制理論原理實驗86
【實驗預習】 86
【實驗一】 典型環節的模擬研究87
【實驗二】 二階系統的穩定性和瞬態響應91
【實驗三】 三階系統的穩定性和瞬態響應94
【實驗四】 線性控制系統的頻域分析98
【實驗五】 線性系統頻域法串聯超前校正104
【實驗六】 線性系統頻域法串聯滯后校正110
【實驗七】 線性系統時域法比例微分校正116
【實驗八】 時域法局部比例反饋校正119
【實驗九】 時域法微分反饋校正123
【實驗十】 線性系統的狀態反饋及極點配置127
【實驗十一】 二階非線性系統的相平面分析133
【實驗十二】 三階非線性系統的相平面分析138
【實驗十三】 數字PID控制實驗 148
【實驗十四】 PID參數自整定155
【實驗十五】 使用頻率法設計控制器165
第4章 創新型實驗173
【案例一】 基于遠程一階液位系統P與PI控制比較175
實驗一 遠程單級液位PI控制研究181
【案例二】 基于遠程三容液位系統解耦控制與PI控制的比較181
實驗二 遠程三級液位解耦與PI控制的比較182
【案例三】 基于遠程三容液位系統的模糊控制183
實驗三 遠程三級液位系統模糊控制研究187
【案例四】 基于遺傳算法優化PID參數187
實驗四 使用遺傳算法優化PID控制參數194
【案例五】 基于模糊自適應PID算法實驗194
實驗五 使用模糊自適應算法優化PID控制參數201
【案例六】 基于BP神經網絡算法實驗202
實驗六 使用BP神經網絡優化PID控制參數211
參考文獻213
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