MATLAB/Simulink与液压控制仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:418

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出版时间:2012-8

价格:46.80元

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isbn号码:9787118081794

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• 仿真
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• 工业控制

深入探索：现代控制系统设计与分析的基石 书籍名称： 现代控制系统设计与分析：从理论到实践的全面指南 目标读者： 本书面向控制工程、自动化、机械工程、航空航天、电气工程等领域的本科高年级学生、研究生、工程师以及对高级控制理论有浓厚兴趣的专业人士。无论您是初入控制领域的新手，还是寻求深化知识的资深专家，本书都将提供一个结构清晰、内容翔实的学习路径。 核心内容概述： 本书摒弃了对特定仿真工具（如MATLAB/Simulink）的依赖，专注于控制系统设计与分析的核心数学原理、经典方法论和现代前沿技术。全书分为四个主要部分，层层递进，确保读者构建起坚实而全面的控制理论框架。 --- 第一部分：控制系统的数学基础与时域分析（The Foundational Framework） 本部分旨在为深入学习打下必要的数学和系统辨识基础，侧重于经典控制理论中的核心工具，但不涉及具体的软件实现细节。 第一章：系统描述与状态空间表示的纯理论构建 本章详细阐述了线性、时不变（LTI）系统的数学建模，重点在于状态空间方法的严格推导。我们将探讨连续时间系统与离散时间系统的数学差异，如何从物理定律（如牛顿第二定律、基尔霍夫定律）抽象出规范化的状态方程 $dot{mathbf{x}}(t) = mathbf{A}mathbf{x}(t) + mathbf{B}mathbf{u}(t)$。此外，本章深入研究了系统的能控性（Controllability）与可观测性（Observability）的严格判据（如行列式判据），这是所有现代控制设计的前提。我们着重于理解这些性质的物理意义，而非仅仅停留在计算层面。 第二章：线性系统的时域响应与稳定性判据 本章聚焦于系统在不同输入（如阶跃、脉冲）下的时间响应特性。我们不依赖于软件求解，而是通过解析方法（如特征值分解、拉普拉斯逆变换的积分形式）来推导零输入响应和零状态响应。稳定性分析是本章的重中之重，详细讨论了李雅普诺夫稳定性理论的严格定义，包括一致稳定性、渐近稳定性和指数稳定性，以及如何利用代数判据（如Routh-Hurwitz判据）来确定系统参数对稳定性的影响，完全基于理论推导。 第三章：经典频率响应分析方法（独立于软件实现） 本章复习并深化了频率响应的概念，将其视为时域特性的另一种深刻体现。重点在于波德图（Bode Plot）、奈奎斯特图（Nyquist Plot）的理论构建过程，以及如何通过图线形状来解析性地预测系统的相位裕度和增益裕度。本章强调理解频率响应函数 $G(jomega)$ 背后的物理意义——系统对不同频率激励的放大与相移作用，而非仅仅绘制图形。 --- 第二部分：经典控制器的设计与性能优化（Classical Design Methodologies） 本部分专注于传统 PID 控制器及补偿器的理论设计，旨在优化系统的瞬态响应和稳态误差，重点是设计方法的数学推导。 第四章：PID 控制器的理论结构与参数整定 本章深入探讨了比例、积分、微分（PID）控制器在传递函数形式下的数学结构。我们详尽分析了P、I、D三项对系统动态特性的各自影响。重点讲解了Ziegler-Nichols方法的理论基础（如临界增益和振荡周期）及其局限性。此外，本章将引入更具解析性的整定方法，如反步法（Inverted Step），从期望的闭环极点位置反推所需的控制器参数，强调设计目标到参数之间的映射关系。 第五章：根轨迹法的深度解析与应用 根轨迹法被视为连接系统参数变化与闭环极点位置变化的核心工具。本章详细推导了根轨迹的绘制规则（如渐近线、实轴穿越点），并着重于如何利用根轨迹来指导超前（Lead）和滞后（Lag）补偿器的设计。设计过程完全通过复平面分析完成，目标是使补偿器补偿后的系统具有期望的阻尼比和自然频率，而无需依赖交互式图形工具。 第六章：频率响应补偿器的解析设计 本章聚焦于如何通过频率响应的修正是实现性能指标的方法。详细分析了超前补偿器（用于提高带宽和相角裕度）和滞后补偿器（用于提高稳态精度）的传递函数形式。设计过程将侧重于伯德图的图形解析法，即计算需要在特定频率点上引入的增益和相移，从而精确达到目标裕度，重点是补偿器参数对幅频特性的精确控制。 --- 第三部分：现代控制理论与状态反馈设计（Modern State-Space Techniques） 本部分全面转向基于状态空间描述的现代控制理论，这是处理多输入多输出（MIMO）系统和更复杂非线性系统的基石。 第七章：状态反馈极点配置与补偿器的实现 本章是现代控制设计的核心。我们从能控性出发，推导出极点配置（Pole Placement）的数学公式，即如何通过状态反馈矩阵 $mathbf{K}$ 将闭环极点任意配置到复平面上的期望位置。本章深入分析了Ackermann公式的推导过程及其在单输入系统中的应用，以及如何利用对偶原理处理输出反馈和观测器设计。 第八章：观测器设计与输出反馈的实现 对于无法直接测量所有状态变量的实际系统，本章重点讨论了状态观测器的设计。详细阐述了Luenberger观测器的构造原理，并严格推导了观测器增益矩阵 $mathbf{L}$ 的确定方法，确保状态估计误差的快速收敛。随后，讨论如何结合状态反馈 $mathbf{u} = -mathbf{K}hat{mathbf{x}}$ 与观测器，形成分离原理（Separation Principle），实现完整的状态反馈控制结构。 第九章：最优控制理论基础——LQR设计 本章介绍控制工程中最强大的工具之一：线性二次型调节器（LQR）。我们严格推导出代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE）的推导过程，并阐释了成本函数（二次型性能指标）中状态加权矩阵 $mathbf{Q}$ 和输入加权矩阵 $mathbf{R}$ 对控制律 $mathbf{u} = -mathbf{R}^{-1}mathbf{B}^{ op}mathbf{P}mathbf{x}$ 的物理影响。本章专注于ARE的求解理论，而非使用内置求解器。 --- 第四部分：系统辨识与鲁棒性分析（System Identification and Robustness） 本部分将理论设计延伸至处理实际系统中的不确定性，探讨如何从实验数据中建立模型，并确保控制器在模型误差下依然有效。 第十章：经典系统辨识方法（不涉及具体软件工具箱） 本章介绍从实验采集的输入/输出数据中提取系统模型的理论方法。我们将重点分析相关函数法和最小二乘法（Least Squares Estimation）在辨识线性系统参数上的数学原理。本章强调模型结构的假设（如ARX, ARMAX模型）和参数估计的统计特性，帮助读者理解模型准确性的来源和局限。 第十一章：鲁棒性分析的基础——摄动与敏感度 在实际工程中，控制器必须对模型参数的微小变化保持稳定。本章引入了鲁棒控制的基本概念。我们详细分析了小增益定理（Small Gain Theorem）的理论基础，以及如何通过灵敏度函数 $S$ 和互补灵敏度函数 $T$ 的分析，来量化系统对未建模动态（Unmodeled Dynamics）和外部扰动的敏感度。 第十二章：内环/外环解耦与前馈控制 本章探讨如何处理具有耦合特性的MIMO系统。重点解析了动态解耦的理论基础，即通过设计一个解耦控制器，使得复合系统表现出接近单回路系统的动态特性。同时，详细阐述了前馈控制（Feedforward Control）的数学原理，如何利用对系统外部激励（如期望轨迹）的先验知识来消除系统误差，从而提高跟踪性能。 --- 总结： 本书提供了一个纯粹、深入且高度理论化的控制系统分析与设计教程。它侧重于数学推导、原理理解和设计方法的解析性实现，是构建坚实控制工程知识体系的必备参考书。读者在掌握本书内容后，将具备独立分析和设计复杂控制系统的能力，而非仅仅依赖于特定软件的“黑箱”功能。

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这本书的出现，简直是为我这类在实际工程中苦于理论与实践脱节的研究人员量身打造的。我之前学习液压控制，主要是依赖教科书和一些零散的文献，但那些内容往往停留在理论层面，缺乏具体的实现指导。当我在工作中需要对液压系统进行性能分析和故障诊断时，总是感觉束手无策。这本书的出现，恰好填补了这个空白。作者在仿真环节的讲解非常细致，他不仅仅是给出了一个可以运行的M文件或者Simulink模型，而是深入剖析了模型的构建思路，以及每个模块的功能。例如，书中关于比例阀的仿真，不仅仅是简单地用传递函数表示，而是考虑了阀芯的几何形状、流量特性曲线等，这使得仿真模型更加逼真。最让我印象深刻的是，书中提供了一些实际工程中常见的液压回路的仿真案例，比如挖掘机的动臂提升系统，以及注塑机的压力控制系统。通过对这些案例的仿真分析，我能够深刻理解各种控制策略在实际应用中的效果，以及如何通过调整参数来优化性能。这本书还包含了一些关于鲁棒控制和自适应控制在液压系统中的应用探讨，这为我后续的研究提供了宝贵的思路。读完这本书，我感觉自己对液压系统的理解上升到了一个新的高度，能够更自信地应对复杂的工程挑战。

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这本书对我而言，更像是一本“武功秘籍”，让我这个液压控制领域的“小白”能够快速掌握“内功心法”。之前我对液压控制的认知，仅限于一些零散的理论知识，比如帕斯卡定律、流量守恒定律等，但这些理论很难直接转化为实际的应用。而这本书则提供了一个非常实用的“工具箱”——MATLAB/Simulink，并且手把手地教我如何使用这个工具箱来解决液压控制中的实际问题。书中从液压元件的物理建模入手，逐步搭建起复杂的液压系统。每个章节都围绕一个具体的液压控制应用场景展开，例如，如何仿真一个变量泵的流量控制，如何仿真一个伺服阀的动态特性，以及如何仿真一个液压舵机的控制系统。这些案例非常贴近实际工程应用，让我能够看到理论知识在实践中的价值。我尤其赞赏书中对PID控制器在液压系统中的应用讲解。作者不仅仅是介绍了PID参数的整定方法，还深入分析了PID控制器在液压系统中的局限性，并提出了基于模型预测控制（MPC）等更先进的控制策略。这让我对液压控制的发展趋势有了更清晰的认识。读完这本书，我感觉自己已经具备了独立进行液压系统建模、仿真和初步控制设计的能力，这对于我未来的职业发展意义重大。

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这本书实在是太棒了！作者的讲解深入浅出，将复杂的液压控制理论通过MATLAB/Simulink这个强大的仿真平台展现得淋漓尽致。我之前一直觉得液压系统难以理解，特别是涉及到反馈、PID控制等概念时，总是云里雾里。但自从阅读了这本书，我仿佛打开了新世界的大门。书中从最基础的液压元件模型开始，循序渐进地构建复杂的系统模型。每个仿真实例都配有详细的步骤说明和代码解析，让我能够一步步跟着做，理解每个参数的含义以及它们对系统性能的影响。特别是关于液压缸的动态响应仿真，书中不仅展示了如何建立模型，还分析了不同阻尼、质量等因素如何改变系统的瞬态和稳态特性。这对于我正在进行的液压伺服系统设计项目非常有帮助，让我能够更直观地预测和优化我的设计。书中还涉及到了非线性因素的考虑，比如流体压缩性、摩擦等，这使得仿真结果更加接近实际情况，大大减少了后期调试的难度。我尤其欣赏书中关于模型验证的部分，通过将仿真结果与理论计算、甚至实际实验数据进行对比，增强了对模型可靠性的信心。这本书绝对是我在液压控制领域学习路上的必备宝典，强烈推荐给所有对液压控制感兴趣的工程师和学生！

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这本书的价值，体现在其内容的深度和广度兼具。作者并没有停留在对基本液压元件的仿真，而是将目光投向了更复杂的集成化液压系统。例如，书中关于电液比例控制的讲解，就非常深入。他不仅演示了如何建立比例电磁铁和比例阀的仿真模型，还详细分析了比例阀的流量-压力特性，以及如何通过PID控制器来精确控制液压系统的输出。这对于我目前负责的某款液压设备的关键部件的性能提升工作，提供了非常宝贵的参考。我特别喜欢书中关于“模型降阶”和“参数辨识”的章节。在实际工程中，建立一个非常精确但计算量巨大的模型往往是不切实际的。而模型降阶技术能够帮助我们获得一个既能反映系统主要动态特性，又具有较低计算复杂度的模型，这对于实时仿真和在线控制非常重要。参数辨识部分则教会我们如何利用实验数据来优化模型的参数，从而提高仿真结果的准确性。这本书的仿真案例都非常具有代表性，覆盖了工业自动化、工程机械、航空航天等多个领域，让我能够从更广阔的视角来理解液压控制的应用。总而言之，这是一本集理论、实践、创新于一体的优秀教材，对于想要深入掌握MATLAB/Simulink在液压控制领域应用的读者来说，绝对是不可多得的宝藏。

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坦白讲，我一开始对这本书的期望并不是很高，因为市面上关于MATLAB/Simulink仿真的书籍很多，而液压控制本身又是相对专业的领域。但这本书的质量远远超出了我的预期。作者的写作风格非常严谨，同时又不失趣味性。他能够将抽象的数学模型转化为易于理解的Simulink模块，并且在讲解过程中，始终紧扣液压控制的核心原理。我特别喜欢书中关于“故障注入”的章节，通过在仿真模型中模拟各种故障，比如传感器失效、执行器泄漏等，来观察系统响应的变化。这对于我学习如何进行液压系统的故障诊断和容错控制非常有帮助。书中还详细介绍了如何利用Simulink的“信号生成器”和“示波器”等工具来分析仿真结果，包括时域和频域的分析方法。这一点非常关键，因为理解仿真结果的含义比运行仿真本身更重要。我之前也尝试过自己搭建液压仿真模型，但总是无法得到满意的结果，往往是模型仿真不稳定，或者仿真结果与预期相差甚远。这本书的出现，让我找到了症结所在，并且学习到了很多实用的技巧和经验。我认为这本书不仅适合初学者，对于有一定液压控制基础的研究人员和工程师也具有很高的参考价值。

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书中印刷错误非常多，本来内容都是很有用的东西，但是看的太累

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