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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