控制数学问题的MATLAB求解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学

作者:薛定宇

出品人:

页数:474

译者:

出版时间:2007-11

价格:45.00元

装帧:

isbn号码:9787302152972

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《控制数学问题的MATLAB求解》：一本面向工程实践的计算指南 本书旨在为从事控制系统设计、分析与仿真的工程师、研究人员及相关专业的学生提供一本全面、实用的MATLAB应用指南。控制理论的数学模型往往复杂且抽象，在实际工程应用中，如何高效、准确地求解这些数学问题，是连接理论与实践的关键。本书正是围绕这一核心需求，系统性地介绍了如何利用MATLAB强大的数值计算能力和丰富的控制系统工具箱，来解决控制工程中的各类数学挑战。 内容亮点与结构安排： 本书共分为十二章，循序渐进地带领读者深入掌握MATLAB在控制数学问题求解中的应用。 第一章 MATLAB基础与控制系统入门： 首先，本书将从MATLAB的基本操作和常用函数入手，为没有MATLAB基础的读者打下坚实的基础。接着，简要回顾控制系统的基本概念，如系统建模、稳定性、可控性、可观性等，为后续章节的学习铺垫。我们将重点介绍MATLAB中的矩阵运算、符号计算以及基本绘图功能，这些都是进行后续复杂计算和仿真的必备技能。 第二章 线性系统建模与分析： 线性系统是控制理论的基石。本章将详细讲解如何在MATLAB中建立和表示线性时不变（LTI）系统，包括传递函数、状态空间模型等多种形式。我们将深入探讨系统的时域响应分析（如阶跃响应、脉冲响应、瞬态响应等）和频域响应分析（如Bode图、Nyquist图、Nichols图），并演示如何利用MATLAB工具箱快速获取这些分析结果，以及如何从这些图中解读系统的性能特征。 第三章 状态空间方法求解： 状态空间方法以其通用性和灵活性，在现代控制理论中占据重要地位。本章将聚焦于如何在MATLAB中实现状态空间系统的分析与设计。我们将详细介绍如何利用MATLAB求解线性状态方程的数值解，进行状态方程的各种变换（如相似变换），以及如何判断系统的可控性和可观性。同时，还将初步介绍如何基于状态空间模型进行状态反馈控制器和观测器的设计。 第四章 根轨迹分析与设计： 根轨迹是评价闭环系统稳定性和动态性能的重要工具。本章将阐述根轨迹的基本原理，并重点演示如何在MATLAB中绘制根轨迹图。我们将学习如何通过调整控制器参数来使根轨迹满足设计要求，从而优化系统的性能，例如减小超调量、提高响应速度等。 第五章 频率响应法设计控制器： 频率响应法在经典控制理论中占据重要地位，尤其在设计补偿控制器方面。本章将深入探讨如何利用Bode图等工具，在MATLAB中进行超前、滞后、超前-滞后补偿器的设计。我们将详细讲解补偿器设计的基本步骤和MATLAB的实现方法，以达到改善系统的稳定性、减小稳态误差等目标。 第六章 PID控制器设计与整定： PID控制器因其结构简单、易于实现和良好的鲁棒性，在工业界得到广泛应用。本章将介绍PID控制器的原理，并重点讲解如何在MATLAB中进行PID参数的整定。我们将介绍几种常用的整定方法，如Ziegler-Nichols方法、临界比例度法等，并演示如何通过仿真验证PID控制器的效果。 第七章 非线性系统建模与仿真： 实际系统往往是非线性的，如何有效处理非线性系统是控制工程中的一大挑战。本章将介绍非线性系统的建模方法，如泰勒展开线性化、分段线性化等。在此基础上，重点讲解如何在MATLAB中建立非线性系统的模型，并利用ODE求解器进行仿真分析，观察非线性系统在不同输入下的行为特征。 第八章 离散时间系统分析与设计： 随着数字控制技术的发展，离散时间系统在现代控制工程中扮演着越来越重要的角色。本章将介绍离散时间系统的建模方法，包括脉冲采样、保持器等。我们将学习如何在MATLAB中分析离散时间系统的稳定性，如 Jury判据、根轨迹法等，并介绍离散时间PID控制器、状态反馈等设计方法。 第九章 鲁棒控制与H_inf控制： 现实系统模型中往往存在不确定性，鲁棒控制旨在设计能够容忍这些不确定性的控制器。本章将介绍鲁棒控制的基本概念，并重点讲解如何利用MATLAB的控制系统工具箱实现H_inf控制器设计。我们将探讨如何对系统的不确定性进行建模，以及如何利用H_inf优化方法来获得性能与鲁棒性兼顾的控制器。 第十章 模型预测控制（MPC）： 模型预测控制（MPC）是一种先进的控制策略，能够充分利用系统的模型信息来优化控制性能，并能处理约束条件。本章将介绍MPC的基本原理，包括滚动优化、预测模型、控制律等。重点演示如何在MATLAB中构建MPC控制器，并进行仿真分析，处理常见的约束问题。 第十一章 状态估计与观测器设计： 在许多应用中，系统的状态变量无法直接测量，需要通过状态估计器来重构。本章将介绍状态估计的基本原理，重点讲解如何利用MATLAB设计Luenberger观测器、卡尔曼滤波器等。我们将详细介绍这些观测器的设计步骤、参数整定方法，以及如何在仿真中验证其性能。 第十二章 MATLAB在复杂控制系统中的应用案例： 最后，本书将通过几个典型的复杂控制系统应用案例，综合运用前面章节介绍的各种MATLAB工具和方法，来解决实际工程问题。这些案例可能包括机器人控制、飞行器控制、过程控制等，旨在帮助读者将所学知识融会贯通，提升解决实际工程问题的能力。 本书的特色： 理论与实践紧密结合： 本书不仅阐述控制理论的数学原理，更注重展示如何在MATLAB环境中将其转化为可执行的代码，实现快速求解和仿真。 注重实际工程应用： 内容的选取以解决实际控制工程中的常见问题为导向，力求实用性和操作性。 详尽的MATLAB代码示例： 书中提供了大量的、经过验证的MATLAB代码示例，读者可以直接学习、模仿和修改，加速学习进程。 清晰的逻辑结构与图示： 全书章节逻辑清晰，内容组织合理，辅以大量的图表和流程图，帮助读者理解抽象的数学概念和算法。 面向不同层次的读者： 无论是初学者还是有一定经验的工程师，都能从本书中获益。对于初学者，可以系统学习MATLAB在控制领域的应用；对于有经验者，则可以学习更高级的控制策略和MATLAB高级功能。 掌握MATLAB在控制数学问题中的求解能力，是提升控制系统设计效率、优化系统性能、缩短研发周期的重要途径。本书将成为您在控制工程领域探索与创新的得力助手。

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我从事的是工业自动化和过程控制的维护与升级工作，我们面对的往往不是教科书上那些参数已知的理想系统，而是充满了不确定性和传感器噪声的“脏数据”现场。因此，我更看重工具书的实用性和故障排除能力。这本书的价值恰恰体现在它对“不完美”的系统建模的包容性上。在关于模型不确定性处理的那一章，作者探讨了H-无穷（H-infinity）控制的设计流程，并且着重讲解了在MATLAB控制系统工具箱中，如何通过LMI（线性矩阵不等式）求解器来处理这种不确定性。最关键的是，它没有把LMI的求解过程神秘化，而是清晰地指出了哪些参数的调整会直接影响到最终闭环系统的裕度。这对我成功地对一个老旧的化工反应釜的温度控制系统进行了升级改造，提供了关键的技术支撑。我通过书中的指导，成功地将系统的抗干扰能力提升到了一个新的水平，确保了生产过程的稳定性和安全性。这本书的知识点紧密贴合工业界的实际需求，绝非纸上谈兵。

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这本书简直是为我这种在工程领域摸爬滚打多年的老兵量身定制的。我一直觉得，理论上的模型再完美，如果不能高效地在实际中落地，那都是空谈。这本书的厉害之处就在于，它没有停留在枯燥的公式推导上，而是直接把我们从繁杂的数学背景中解脱出来，聚焦于如何利用MATLAB这个强大的工具箱，将那些看似高不可攀的控制系统问题，转化为可计算、可优化的具体步骤。特别是关于非线性系统辨识和鲁棒控制的那几章，作者的讲解方式简直是化繁为简的大师手笔。我印象最深的是关于模型预测控制（MPC）的实例部分，它不仅仅展示了代码的实现，更深入地剖析了在离散化和约束处理过程中可能遇到的陷阱，以及如何用MATLAB的优化工具箱来巧妙规避。这对于我目前负责的复杂机器人路径规划项目来说，简直是雪中送炭。我甚至在读完后，立刻优化了我之前那个运行效率低下的PID控制器组，效果立竿见影，响应速度提升了近百分之二十，这在实时控制中是巨大的进步。这本书的实战价值，远超我预期的任何一本理论教材。

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作为一个刚刚踏入学术研究领域的年轻学者，我对于如何将理论知识转化为实际可操作的仿真模型感到十分困惑。市面上大多数教材要么过于侧重数学推导的严谨性，让人望而却步；要么就是代码堆砌，缺乏对背后物理意义的深入解释。这本书巧妙地找到了一个绝佳的平衡点。它的叙述风格非常亲切和启发性，像是经验丰富的导师在旁边手把手地指导你如何“驯服”那些复杂的数学模型。我特别欣赏其中对迭代算法收敛性的讨论，作者并没有简单地给出收敛条件的结论，而是通过一系列精心设计的可视化案例，直观地展示了不同参数设置如何影响求解的稳定性和速度。例如，在处理状态估计问题时，它对卡尔曼滤波（KF）和扩展卡尔曼滤波（EKF）的对比分析，不仅仅是数学公式的罗列，更结合了不同噪声特性的实际影响，让我彻底明白了为什么在特定场景下必须选择EKF，尽管它计算更复杂。读完后，我对于如何构建一个严谨且可重复的仿真实验环境，信心倍增，这为我的硕士论文打下了坚实的基础。

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坦白说，我最初购买这本书是带着一丝怀疑的，因为“控制”和“MATLAB求解”的组合很容易让人联想到那些过时或者过于基础的入门读物。然而，这本书给我的惊喜是巨大的。它展现出了一种对前沿控制理论的深刻理解，并且将其与MATLAB的最新功能紧密结合。我尤其关注了自适应控制和学习控制的那部分内容。作者并没有满足于经典的LMS或RBF网络，而是引入了基于优化理论的自适应律设计，这在处理系统参数时变或外部扰动较大的场合至关重要。书中详细介绍了如何利用MATLAB符号计算工具箱来辅助推导这些自适应律的梯度信息，这极大地简化了手动推导的复杂性，避免了大量的手动编程错误。对我这种主要从事航空航天器姿态控制的工程师而言，这本书提供了一种将高维、强耦合系统进行高效建模和在线调整的新思路。它不仅仅是告诉你“怎么做”，更重要的是告诉你“为什么这样做的效果最好”。

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这本书的排版和逻辑结构设计得非常出色，阅读体验极其流畅。我是一个对细节非常敏感的人，很多技术书籍的图表模糊不清或者变量命名混乱，让人读起来非常吃力。但这本《控制数学问题的MATLAB求解》在这一点上做得无可挑剔。每一个算法的流程图都清晰地展示了输入、处理单元和输出之间的关系，配合着同步出现的代码片段，形成了一种完美的互文对照。我尤其欣赏作者对“效率”的重视。在讨论大型线性系统的求解时，书中不仅提到了直接求解法，还深入比较了Krylov子空间方法在处理大规模稀疏矩阵时的性能优势，并给出了相应的MATLAB稀疏矩阵操作技巧。这不仅仅是控制理论的书，更是一本高质量的数值计算实践指南。它让我意识到，在工程实践中，选择正确的数值算法和高效的编程习惯，往往比理论上的“完美”设计更为重要。这本书让我对MATLAB的底层优化能力有了更深的敬畏。

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案例详细，并附有源码，非常实用

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