反饋控製係統設計與分析-MATLAB語言應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載2025

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MATLAB語言的兩個最顯著特點，即其強大的矩陣運算能力和完美的圖形可視化

功能，使得它成為國際控製界應用最廣的首選計算機工具。現在，MATLAB語言不但

廣泛應用乾控製領域，也應用乾其它的工程和非工程領域。在控製界，很多知名學者都

為其擅長的領域寫齣工具箱，而其中很多工具箱已經成為該領域的標準，如本書深入介

紹的控製係統工具箱。

子曰：“工欲善其事，必先利其器”。作者認為，以MATLAB語言為主綫，全麵介紹

反饋控製係統分析與設計的基本理論和計算機實踐，無疑會對學生深入理解反饋控製的

基本原理、掌握一個能方便進行控製係統分析和設計的工具大有裨益．因為掌握瞭這樣

一門工具後，可以把控製係統的研究者從繁瑣的計算機程序編碼中解放齣來，將精力更

有效地投放在解決專業技術的問題上；這當然會使得研究人員的研究效率大大地提高。

作者1996年在清華大學齣版社齣版的《控製係統計算機輔助設計一MATLAB語言

與應用》一書受到瞭國內外中文讀者的普遍歡迎．

本書不是作者早期著作的再版；而是以更係統的角度全麵介紹單變量反饋控製係統

分析與設計的理論問題、介紹瞭MATLAB語言及相應工具箱在控製係統分析與設計中

應用的教材。本書既包括瞭傳統控製理論課程中的核心內容，又適當地引人控製係統理

論的新進展。諸如控製係統的魯棒分析、PID類控製器的各種設計方法及綫性係統的魯

棒控製等問題，形成瞭一個完整的體係。

本書1997年底初步形成，並以英文講義的形式印刷發行，其中大部分內容曾在東北

大學自動化類專業高年級本科生教學中實際使用，收到瞭預期的效果，受到瞭學生的歡

迎。同時，作者還開發瞭基於MATLAB語言的反饋控製係統計算機輔助分析與設計程

序CtrlLAB,該軟件在互聯網上公布以來，引起瞭世界上很多用戶的興趣，許多學校將

其作為教學軟件。

本書可作為高校自動化技術專業及相關專業的研究生與高年級本科生反饋控製課程

教材，也可作為“自動控製原理”、“綫性係統”、“控製係統計算機輔助設計”等課程的

教材或參考書，還可供其它專業的學生和科技工作者、教師作為學習自動控製理論的參

考材料。

本書由東北大學控製仿真研究中心徐心和教授主審。本書從醞釀到整個寫作過程始

終得到徐老師的鼓勵和支持，他仔細地閱讀瞭全書原稿，並提齣瞭許多建設性的寶貴意

見。作者的導師、東北大學任興權教授、英國 Sussex大學的 Derek P Atherton教授也對

本書的最終成形提供瞭很多幫助。

作者的一些同事和朋友也先後給予作者許多建議，並使作者獲得瞭許多有益的信息

和材料，這當中包括新加坡 Seagate公司的陳陽泉博士、加拿大 Northern Telecom公司

的莊敏霞博士、新加坡國立大學的葛樹誌博士、南非Pretoria大學的夏小華教授、新加

坡大眾鋼鐵公司的張慧先生、英國謝菲爾德大學的楊永耀博士、吳占元博士、郎自強博

士、諸自強博士、香港城市大學的謝力博士、東北大學控製仿真研究中心的郝培鋒博士、

肖文棟博士等，在英文講義試用本完成以來還得到許多國內外同行的建議和意見，在此

作者錶示衷心的感謝．

本書在齣版過程中得到清華大學齣版社蔡鴻程總編的關懷和幫助，在此深錶謝意．

本書的齣版還得到瞭 MAILAB軟件的開發者――美國 The MathWorks公司圖書計

劃的支持，如果讀者想購買MATLAB軟件及係列産品，請和該公司直接聯係：

The MathWorks, Inc.

3 Apple Hill Drive

Natick, MA, 01760-2098 USA

Tel：508-647-7000

Fax： 508-647-7101

E-mail: info@mathworks．com

Web： www．mathworks.com

由於作者水平有限，書中的缺點錯誤在所難免，歡迎讀者批評指教。

幾年來，作者的妻子楊軍在生活和事業上給予瞭作者莫大的幫助與鼓勵，作者謹以

此書獻給她和女兒薛楊。

第1章 反饋控製係統引論
1．1 反饋控製係統的基本結構
1．2 反饋控製理論的發展綜述
1．3 本書的結構
1．4 計算機輔助工具 MATLAB語言簡介
1．4、1 MATLAB語言引論
1．4．2 標準MATLAB語句與函數
1．4．3 MATLAB語言的圖形功能
1．4．4 MATLAB語言的聯機幫助功能
1．4．5 MATLAB工具箱介紹
習題
第2章 反饋控製係統的數學模型
2．1 係統建模舉例
2．2 Laplace變換與傳遞函數模型
2．3 其它數學模型的錶示方法
2．3．1 狀態方程模型
2．3．2 零極點模型
2．4 相互連接框圖的模型錶示
2．4．1 串聯連接結構
2．4．2 並聯連接結構
2．4．3 反饋連接結構
2．4．4 更復雜的連接結構
2．5 不同模型對象間的相互轉換
2．5．1 由LTI對象轉換為傳遞函數
2．5．2 將LTI對象轉換成零極點模型
2．5．3 係統的狀態方程實現
2．6 更復雜係統的模型處理方法
2．6．1 Simulink建模方法
2．6．2 非綫性係統的綫性化
習題
第3章綫性控製係統的性質
3．1 綫性係統的穩定性分析
3．1．1 直接判定方法
3．1．2 間接判定方法
3．1．3 反饋控製係統的內部穩定性
3．2 控製係統的可控性和可觀測性分析
3．2．1 係統的可控性分析
3．2．2 係統的可觀測性分析
3．2．3 係統的可控性和可觀測性 Gram矩陣
3．2．4 係統的可鎮定性和可檢測性分析
3．3 綫性係統的Kalman分解
3．3．1 Kalman分解
3．3．2 最小實現問題的再認識
3．4 係統的時間矩量與 Markov參數
3．4．1 關於s＝0展開――時間短量
3．4．2 關於s＝∞展開―― Markov參數
3．5 反饋控製係統的魯棒性分析
3．5．1 信號與係統的範數測度
3．5．2 計算H↓2範數的方法
3．5．3 計算H∞範數的方法
3．5．4 靈敏度和補靈敏度函數
3．5．5 穩定性裕量分析
習題
第4章 綫性係統的時域分析
4．1 係統時域響應的解析解算法
4．1．1 部分分式展開方法
4．1．2 狀態空間解法
4．2 二階係統的演示例子
4．2．1 解析解研究
4．2．2 不同參數下的係統響應比較
4．2．3 脈衝響應分析
4．3 綫性係統的階躍響應分析
4．3．1 時域響應指標
4．3．2 求取階躍響應的方法
4．4 綫性係統的脈衝響應分析
4．5 任意輸入下的時域響應分析
4．5．1 利用MATLAB進行綫性係統分析
4．5．2 應用MATLAB語言分析非綫性係統
4．5．3 應用 Simulink分析係統時域響應
4．6 帶有延遲的係統時域響應分析
4．6．1 時間延遲函數的Pade近似
4．6．2 閉環係統的近似分析
4．7 控製係統工具箱中的係統分析工具 LTIView
習題
第5章 綫性係統的復域與頻域分析
5．1 綫性係統的根軌跡分析
5．1．1 二階係統的根軌跡分析
5．1．2 根軌跡繪製原理
5．1．3 繪製根軌跡的MATLAB工具
5．1．4 主導極點的等δ和等ω↓n綫
5．1．5 時間延遲係統的根軌跡
5．1．6 基於根軌跡的係統設計工具 RLTool
5．2 綫性係統的頻域分析與 Nyquist圖
5．2．1 頻域分析入門
5．2．2 Nyquist圖的一般描述
5．2．3 二階係統的Nyquist圖
5．2．4 Nyquist圖與穩定性定理
5．2．5 常規Nyquist圖的非綫性變換
5．3 綫性係統的閉環頻域響應
5．3．1 等M圓與等N圓
5．3．2 頻域響應的閉環特性
5．4 綫性係統的 Bode圖分析
5．4．1 綫性係統的 Bode圖
5．4．2 二階係統的Bode圖
5．4．3 Bode圖的漸近綫
5．4．4 由BOde圖判定係統穩定性
5．4．5 應用MATLAB繪製Bode圖
5．5 Nichols麯綫
5．5．1 等M（ω）綫和等α（ω）綫
5．5．2 Nichols麯綫的係統分析方法
5．6 係統頒域分析的其它內容
5．6．1 幅值裕量與相位裕量
5．6．2 非最小相位係統的頻域響應
5．6．3 時間延遲係統的頻域響應
5．6．4 靈敏度函數的頻域錶示
習題
第6章 控製係統的經典設計技術
6．1 串聯超前滯後補償器設計
6．1．1 超前滯後校正入門
6．1．2 由相位裕量設定的方法進行超前滯後校正
6．2 綫性二次型最優控製
6．2．1 綫性二次型最優控製策略
6．2．2 綫性二次型調節器問題
6．2．3 加權矩陣選擇
6．2．4 觀測器與觀測器設計
6．2．5 狀態反饋與基於觀測器的調節器與控製器設計
6．3 極點配置控製器設計
6．3．1 極點配置算法
6．3．2 部分極點配置問題
6．3．3 應用極點配置技術設計觀測器
6．3．4 基於觀測器的極點配置調節器與控製器
6．4 模型跟蹤控製
6．4．1 不同指標下的標準模型格式
6．4．2 模型跟蹤控製器設計
司題
第7章 PID控製器設計
7．1 PID控製器簡介
7．1．1 比例、積分、微分控製作用分析
7．1．2 微分動作在反饋迴路的PID控製
7．2 Ziegler－Nichols整定公式
7．2．1 Ziegler－Nichols整定經驗公式
7．2．2 微分動作在反饋迴路中實現的控製
7．2．3 帶有時間延遲的一階係統模型擬閤
7．2．4 改進的Ziegler－Nichols整定公式
7．3 其它PID控製器的整定方法
7．3．1 PID控製器的 Chien－Hrones－Reswick整定算法
7．3．2 Cohen－Coon整定公式
7．3．3 精調的 Ziegler－Nichols整定算法
7．3．4 預測性PI整走算法
7．4 高級PID整定方法
7．4．1 幅值與相位裕量設定的算法
7．4．2 內部模型控製器
7．4．3 極點配置控製器整定
7．5 最優PID控製器設計
7．5．1 設定點最優PID控製器整定
7．5．2 擾動抑製的PID控製器整定
7．5．3 基於福值和相位裕量設定PID控製器設計
7．5．4 改進的幅值相位方法
7．6 PID控製的進一步內容
7．6．1 積分器迴繞與抗迴繞 PID控製器
7．6．2 自整定PID控製器
7．6．3 控製策略選擇
習題
第8章 魯棒控製係統設計
8．1 綫性二次型 Gauss控製
8．1．1 綫性二次型 Gauss問題
8．1．2 使用 MATLAB求解 LQG問題
8．1．3 帶有迴路傳輸恢復的LQG控製
8．2 魯棒控製問題的一般描述
8．2．1 小增益定理
8．2．2 非結構化的不確定性
8．2．3 魯棒控製結構
8．2．4 MATLAB環境下的模型錶示
8，2．5 處理虛軸上的極點
8．3　H∞控製器設計
8．3．1 在加權函數下增廣係統模型
8．3．2 在MATLAB下進行加權模型增廣
8．3．3 加權靈敏度問題――一個簡單的情況研究
8．3．4 　H∞控製器設計――一般問題考慮
8．3．5 最優H∞控製器設計
8．4　最優H↓2控製器設計
8．5 關於H∞控製器設計的其它問題
8．5．1 特殊的H∞控製結構
8．5．2 H∞控製中加權函數的影響
8．5．3 靈敏度問題的加權函數選擇
習題
參考文獻
附錄A Laplace變換的計算機求解
A．1 基本 Laplace變換錶
A．2 其它函數的導齣變換
A．3 計算機輔助Laplace變換求解
A．3．1 應用Mathematica軟件進行Laplace變換
A．3．2 使用 MAfLAB的符號運算工具箱進行 Laplace變換
習題
附錄B 反饋係統分析與設計工具CtrlLAB簡介
B．1 引言
B．1．1 CtrlLAB簡介
B．1．2 程序安裝與係統要求
B．1．3 CtrlLAB程序的運行
B．1．4 CtrlLAB的版權與聲明
B．2 係統模型輸入與轉換
B．2．1 傳遞函數模型輸入
B．2．2 其它模型錶達式輸入
B．2．3 更復雜的係統模型的輸入
B．3 模型變換與降階
B．3．1 模型顯示
B．3．2 狀態方程實現
B．3．3 模型降階
B．4 控製係統分析
B．4．1 控製係統的頻域分析
B．4．2 控製係統的時域響應分析
B．4．3 係統特性分析
B．5 係統設計的應用實例
B．5．1 經典控製係統設計功能
B．5．2 PID控製器設計
B．5．3 魯棒控製器設計
B．6 基於圖形界麵的輔助工具
B．6．1 矩陣處理程序
B．6．2 圖形處理程序
習題
附錄 C 作者編寫的MATLAB函數清單
索引
· · · · · · (收起)