MATLAB 6数字建模基础教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电出版社

作者:云舟工作室

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2001-7

价格:28.0

装帧:精装

isbn号码:9787115094902

丛书系列:

图书标签:

• MATLAB
• 数字建模
• 基础教程
• 数学建模
• 科学计算
• 工程计算
• 算法
• 仿真
• 数值分析
• 高等教育
• 理工科

现代控制系统设计与仿真 ——基于MATLAB/Simulink平台的高级应用 内容概要： 本书聚焦于现代控制理论的深度理论讲解与工程实践应用相结合，旨在为读者提供一个全面、深入且贴近实际工程需求的控制系统设计与仿真教程。全书以MATLAB作为核心工具，辅以Simulink强大的模块化仿真环境，系统地阐述了从经典控制理论向现代控制理论的过渡、现代控制系统的基本结构、设计方法以及先进的鲁棒性分析与优化技术。 本书内容结构严谨，逻辑清晰，力求在理论推导的严谨性和工程应用的直观性之间找到最佳平衡点。它不仅仅是一本软件操作手册，更是一本深刻理解控制系统设计哲学，并能熟练运用前沿工具解决复杂工程问题的技术专著。 第一部分：现代控制理论基础与状态空间方法 本部分首先回顾了经典控制理论的局限性，随后引入了现代控制理论的核心——状态空间表示法。详细讲解了系统的状态方程、输出方程的建立、线性系统的基本性质（如可控性、可观测性）的判据及其在设计中的意义。 系统建模的深化： 除了标准的线性时不变（LTI）系统建模，本章还深入探讨了线性时变（LTV）系统、非线性系统的近似线性化处理方法，以及如何利用物理结构（如电路、机械系统）直接映射到状态空间模型。特别强调了如何处理多输入多输出（MIMO）系统的建模挑战。 状态空间表示的变换： 详细分析了相似变换对系统矩阵（A、B、C、D）的影响，重点讲解了Jordan标准型、约旦标准型和约当标准型的计算及其在系统分析中的应用，为后续的极点配置和模态分析奠定理论基础。 第二部分：线性系统性能设计与极点配置技术 本部分是现代控制设计方法的基石，重点在于如何通过状态反馈和状态观测器设计来精确地控制系统的动态行为。 极点配置（Pole Placement）： 深入探讨了利用状态反馈 $u = -Kx$ 实现任意指定极点配置的充要条件（基于可控性）。详细介绍了Ackermann公式、公式法和变换法等多种实现极点配置的算法，并结合Simulink环境进行仿真验证。 状态观测器的设计： 针对状态变量无法直接测量的实际情况，详细介绍了Luenberger观测器的设计原理、维度选择以及观测器增益 $L$ 的确定方法（基于可观测性）。 分离原理（Separation Principle）： 阐述了在状态反馈与状态观测器结合组成的“先观测后控制”结构中，反馈增益 $K$ 和观测器增益 $L$ 设计的独立性，这是实现全状态反馈的理论保障。 性能优化——超前/滞后校正的现代解释： 阐述了如何将经典控制中的超前/滞后补偿思想融入到状态空间框架下，通过引入前馈和额外的反馈回路来优化系统的瞬态响应和稳态精度。 第三部分：最优控制与性能指标优化 本部分进入现代控制的前沿领域，探讨如何在满足特定性能要求的前提下，使控制系统的性能指标（如误差、控制能量）达到最优。 线性二次型调节器（LQR）： 详细推导了LQR的设计原理，包括其代价函数（二次型性能指标）的构造和Riccati方程的求解。重点讲解了如何通过调节权重矩阵 $Q$ 和 $R$ 来平衡控制努力与性能之间的关系。 线性二次高斯控制（LQG）： 结合卡尔曼滤波器的估计能力，系统地介绍了LQG的完整结构，即最优估计与最优控制的结合。详细解析了卡尔曼滤波器的设计，包括状态协方差矩阵 $P$ 的迭代更新过程。 H-无穷范控制简介： 简要介绍了处理不确定性系统的 $H_{infty}$ 控制的基本概念和设计思路，强调了其在保证系统稳定性和抑制外部干扰方面的优势。 第四部分：非线性系统分析与仿真方法 针对工程中普遍存在的非线性问题，本书提供了系统的分析工具和设计思路。 非线性系统基础： 介绍了描述非线性系统的必要工具，如相平面法、李雅普诺夫稳定性分析（直接法和间接法）。 李雅普诺夫稳定性理论精讲： 深入讲解了如何构造李雅普诺夫函数来判断非线性系统的全局和局部稳定性，这是分析复杂系统鲁棒性的核心工具。 反馈线性化基础： 探讨了通过微分同胚变换将某些特定的非线性系统转化为线性系统的技术，并介绍了基于反馈线性化的控制器设计方法。 Simulink高级应用： 重点演示如何利用Simulink中的非线性模块库（如Saturation、Deadzone、Backlash）搭建复杂的非线性模型，并利用MATLAB/Simulink的Solver配置优化，进行高精度仿真，包括定步长和变步长求解器的选择对结果的影响分析。 第五部分：鲁棒性分析与系统辨识 本部分关注控制系统的实际可靠性，包括如何量化系统的鲁棒性以及如何从实验数据中获取系统模型。 系统辨识概述： 介绍了从时域或频域实验数据中辨识系统参数的基本流程，包括数据预处理、模型结构选择（ARX、BJ模型等）和参数估计方法（最小二乘法）。 Simulink System Identification Toolbox应用： 详细指导读者如何利用MATLAB的系统辨识工具箱，对实际物理系统或仿真对象进行建模，并与理论模型进行对比验证。 频率响应分析与稳健性裕度： 深入讲解了奈奎斯特图、伯德图在现代控制分析中的应用。重点解析了增益裕度（GM）和相位裕度（PM）的工程意义，以及如何利用这些指标指导反馈系统的参数调整，确保系统对模型不确定性具有良好的容忍度。 读者对象： 本书面向高等院校控制工程、自动化、电子信息、机械工程等专业的高年级本科生、研究生，以及从事控制系统研发、设计和调试的工程师。要求读者具备一定的线性代数和微分方程基础，并对MATLAB基础操作有初步了解。 本书特色： 1. 理论与实践并重： 每个核心理论章节后均配有详细的MATLAB/Simulink实例，涉及电机控制、航空航天姿态控制、过程控制等典型应用背景。 2. 工程导向： 强调设计过程中的工程权衡，如计算复杂性、实现难度和实际的鲁棒性要求。 3. 软件平台深度融合： 不仅展示如何调用函数，更侧重于如何利用Simulink的图形化环境进行系统级设计和模块化验证，提高设计效率。

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从配套资源的丰富程度来看，这本书无疑是教科书级别的典范。我注意到作者不仅提供了书中的所有代码和数据文件供读者下载，甚至还附带了一些针对特定建模难点的拓展阅读链接和参考资料列表。这种开放和包容的态度，充分体现了作者希望读者能够走出书本，去探索更广阔知识海洋的愿望。对于我这样习惯于动手实践的学习者来说，能够直接拿到可运行的代码并进行修改测试，比单纯阅读理论要有效率高出百倍。这种对学习生态系统的完整构建——不仅仅是一本书，而是一个完整的学习工具包——极大地提升了这本书的综合价值，让它成为了我案头不可或缺的参考手册。

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这本书的案例选取得非常贴合实际应用，这绝对是它最大的亮点之一。很多基础教程往往只停留在理论推导和简单的“玩具”例子上，让人学完后总觉得跟实际工程应用脱节。但这本书不一样，它似乎深入挖掘了工业界和科研领域中那些高频出现的建模场景，每一个章节的案例都像是从实际项目中裁剪出来的。比如，讲解动态系统建模时，它没有仅仅使用简单的弹簧阻尼器模型，而是引入了更复杂的控制系统反馈机制的例子，让人能立刻联想到现实中的自动化设备。这种“学以致用”的设计思路，极大地激发了我继续深入钻研下去的兴趣。我感觉自己不是在做习题，而是在解决真实世界中的小难题，这种成就感是其他教材很难给予的。

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这本书的排版真是让人眼前一亮。封面设计简洁有力，内页的字体选择和行间距处理得恰到好处，长时间阅读也不会感到视觉疲劳。特别是那些复杂的数学公式和代码示例，排版得井井有条，关键部分都有用粗体或者不同的颜色突出显示，这对于初学者来说简直是福音。我记得我以前看过的很多技术书籍，公式挤在一起，代码块格式混乱，读起来特别费劲，但这本书在这方面做得非常到位。而且，书中的插图质量也相当高，很多流程图和系统结构图画得非常清晰明了，配合文字讲解，能让人迅速抓住核心概念。这说明作者和出版社在图书制作的细节上投入了大量心血，不仅仅满足于内容的准确性，更关注读者的阅读体验。这种对细节的执着，真的让一本技术教程提升了一个档次，让人在学习的过程中感到舒适和愉悦。

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这本书的语言风格可以说是非常“接地气”和富有亲和力，完全没有传统教科书那种高高在上、拒人于千里之外的学术腔调。作者在讲解复杂算法时，经常会穿插一些生动的比喻或者个人化的观察，使得原本枯燥的数学概念一下子变得鲜活起来。我特别喜欢它在解释某些底层原理时所使用的那种娓娓道来的叙述方式，仿佛一位经验丰富的导师在你身边耐心指导，而不是冷冰冰的机器在输出信息。这种人性化的交流感，极大地降低了学习过程中的挫败感。它成功地将复杂的抽象思维转化为易于理解的具体描述，这对于非数学专业背景的读者来说，无疑是一剂强心针，让人觉得“原来这个也能懂”。

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我对这本书的章节组织结构感到非常欣赏，它的逻辑递进是循序渐进、层层深入的。它没有一开始就抛出过于深奥的概念，而是从最基础的变量定义和基本运算讲起，然后稳步过渡到矩阵操作，再到函数和脚本的编写。这种由浅入深的学习路径，对于零基础的读者来说，简直是量身定做的导航图。更棒的是，作者在知识点之间的衔接处理得非常自然，前一个章节的内容往往会作为后一个章节的基础，形成一个紧密的知识网络，而不是孤立的知识点堆砌。这种精心设计的“知识骨架”，让我在学习过程中始终能把握住全局，知道自己现在所处的位置以及下一步该往哪里走，避免了那种“迷失在细节中”的恐慌感。

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