MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:徐昕

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页数:0

译者:

出版时间:2000-05-01

价格:36.0

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isbn号码:9787505359161

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• MATLAB
• 控制工程
• 工具箱
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• 工程实践

《现代控制系统设计与 MATLAB 仿真》 本书旨在为读者提供一套全面而深入的现代控制系统设计方法论，并辅以强大的 MATLAB 仿真工具，帮助工程师和研究人员掌握从理论到实践的完整流程。全书围绕控制工程的核心概念展开，力求理论严谨、方法实用，并结合大量工程实例，让抽象的控制理论落地生根。 第一部分：经典控制理论的现代视角 本部分将对经典控制理论进行系统性的梳理和回顾，但将从现代控制理论的视角出发，揭示其局限性与优势，并为理解更复杂的现代控制方法奠定基础。 第一章：系统建模与时域分析 1.1 动态系统的数学描述： 介绍线性时不变（LTI）系统和线性时变（LTV）系统的基本数学模型，包括微分方程、传递函数和系统矩阵。我们将探讨如何从物理系统（如机械、电气、液压系统）中提取和建立数学模型，并强调模型准确性对控制系统性能的重要性。 1.2 传递函数与系统零极点： 详细解析传递函数的概念及其在分析系统稳定性、动态响应方面的作用。我们将深入探讨零极点对系统响应的影响，例如响应速度、振荡特性等，并介绍如何利用零极点图进行初步的系统分析。 1.3 时域响应分析： 重点分析系统的典型时域响应，如单位阶跃响应、单位斜坡响应。我们将学习如何通过分析超调量、峰值时间、调节时间、稳态误差等指标来评估系统的动态性能，并探讨如何通过系统参数调整来优化这些指标。 1.4 稳定性判据： 系统性介绍 Routh-Hurwitz 判据、Nyquist 判据、根轨迹法等经典稳定性判据，并解释它们背后的物理意义。我们将学习如何利用这些工具判断系统的稳定性，以及如何通过改变系统参数来维持或改善稳定性。 第二章：频域分析与设计 2.1 频率响应的概念： 阐述系统在正弦输入下的稳态响应，即幅频特性和相频特性。我们将学习如何通过 Bode 图、Nyquist 图和Nichols 图来直观地表示和分析系统的频率响应。 2.2 Bode 图分析： 深入讲解 Bode 图的绘制方法及其在判断系统增益裕度和相裕度方面的作用。我们将学习如何根据 Bode 图评估系统的稳定性，并预测系统在不同频率下的行为。 2.3 Nyquist 稳定性判据： 详细阐述 Nyquist 判据，包括其背后的拓扑学原理，并教授如何利用 Nyquist 图来判断系统的稳定性，特别是在处理有延迟系统或存在不确定性时的应用。 2.4 根轨迹法： 介绍根轨迹法的基本原理，即当系统开环增益变化时，闭环极点在复平面上的轨迹。我们将学习如何绘制根轨迹，并利用根轨迹来优化系统的动态性能和稳定性。 第二部分：现代控制理论的核心方法 本部分将聚焦于现代控制理论的核心概念和方法，特别是状态空间方法，并展示其在处理复杂、多输入输出（MIMO）系统方面的强大能力。 第三章：状态空间方法 3.1 状态空间表示： 介绍状态向量、状态方程和输出方程的概念，以及如何将 LTI 和 LTV 系统表示为状态空间方程。我们将探讨不同状态空间表示形式（如控制器规范型、观察者规范型）的意义和转换方法。 3.2 可控性与可观测性： 深入分析可控性和可观测性的定义、判断准则（如 Gramian 矩阵）及其在控制器设计和状态估计中的重要性。我们将学习如何利用这些性质来判断一个系统是否可以通过状态反馈完全控制，以及其状态是否可以通过输出进行完全估计。 3.3 状态反馈控制律设计： 讲解如何通过极点配置（Pole Placement）技术设计状态反馈增益矩阵，以实现期望的闭环系统性能。我们将探讨不同极点配置策略，并分析其对系统响应的影响。 3.4 可控性与可观测性对设计的影响： 探讨可控性与可观测性在状态反馈和状态估计中的必要性和充分性条件，以及如何通过系统分解（如能控/能观子系统）来理解系统的结构特性。 第四章：状态估计与观测器设计 4.1 状态估计问题的引入： 介绍状态估计的必要性，尤其是在无法直接测量所有状态变量的情况下。 4.2 Luenberger 观测器： 详细介绍 Luenberger 观测器的结构、设计原理和稳定性分析。我们将学习如何设计观测器增益矩阵，以使观测器估计的状态能够快速准确地收敛到真实状态。 4.3 卡尔曼滤波器： 深入阐述卡尔曼滤波器（Kalman Filter）的原理，包括其预测-更新（Prediction-Update）两阶段过程。我们将探讨卡尔曼滤波器在有噪声测量下的最优估计能力，并介绍扩展卡尔曼滤波器（EKF）和无迹卡尔曼滤波器（UKF）在非线性系统中的应用。 4.4 状态估计器与反馈控制的结合： 讨论如何将状态估计器与状态反馈控制结合起来，形成实际的闭环控制系统，即分离原理（Separation Principle）的应用。 第三部分：现代控制策略与进阶应用 本部分将进一步拓展控制理论的应用范围，介绍更先进的控制策略，并探讨其在实际工程问题中的应用。 第五章：最优控制理论 5.1 性能指标函数： 介绍不同类型的性能指标函数，如二次型性能指标（Quadratic Cost Function），以及它们在量化系统性能方面的作用。 5.2 LQR 控制器设计： 详细介绍线性二次型调节器（Linear Quadratic Regulator, LQR）的设计方法，以及如何通过调整权重矩阵来获得期望的控制性能和稳定性。 5.3 离散时间最优控制： 探讨离散时间系统的最优控制问题，包括离散时间 LQR 的求解方法。 第六章：鲁棒控制与模型预测控制（MPC） 6.1 鲁棒控制概述： 介绍鲁棒控制的概念，即在系统模型存在不确定性时，仍能保持良好性能的控制策略。我们将讨论如何量化模型不确定性，例如结构化不确定性和非结构化不确定性。 6.2 H∞ 控制理论简介： 简要介绍 H∞ 控制的原理，旨在最小化系统对外部扰动的敏感度，从而提高系统的鲁棒性。 6.3 模型预测控制（MPC）基础： 阐述 MPC 的核心思想，即利用系统的预测模型，在每个采样时刻滚动优化未来的控制输入序列，以满足约束条件和优化性能指标。我们将介绍 MPC 的基本结构和工作流程。 6.4 MPC 在实际系统中的应用： 探讨 MPC 在化工、航空航天、机器人等领域中的应用实例，重点关注其处理多变量、约束和优化问题的能力。 第七章：非线性控制与自适应控制（进阶） 7.1 非线性系统的挑战： 分析非线性系统相较于线性系统的复杂性，如奇点、饱和现象等。 7.2 几种典型的非线性控制方法简介： 简要介绍反馈线性化、滑模控制、模糊控制、神经网络控制等非线性控制方法，并说明它们各自的适用场景。 7.3 自适应控制的基本思想： 介绍自适应控制的概念，即在系统参数未知或随时间变化时，能够自动调整控制器参数以维持系统性能的控制方法。 7.4 梯度自适应算法示例： 给出一种简单的自适应控制算法示例，说明其原理和实现。 本书特色： 理论与实践并重： 每一章节都紧密结合控制工程的实际应用，并通过大量算例贯穿始终。 循序渐进的逻辑： 从经典控制理论的基础出发，逐步深入到现代控制理论的核心，再到进阶的控制策略。 强调工程实现： 关注控制器设计过程中可能遇到的实际问题，并提供相应的解决方案。 丰富的案例分析： 涵盖了不同领域的典型控制系统，帮助读者理解理论知识在实际工程中的运用。 面向广泛读者： 适合自动化学科的学生、从事控制系统设计与开发的工程师、以及对现代控制理论感兴趣的研究人员。 通过本书的学习，读者将能够构建扎实的控制理论基础，熟练掌握现代控制系统的分析、设计与仿真方法，并能够自信地应对各种复杂的控制工程挑战。

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我在学习控制工程时，一直被各种复杂的数学模型和抽象的控制理论所困扰，感觉理论和实际应用之间存在一道难以逾越的鸿沟。《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》就像一座桥梁，帮助我跨越了这道鸿沟。这本书最大的亮点在于它将抽象的控制理论与MATLAB工具箱的强大功能紧密结合起来。作者并没有仅仅停留在理论的介绍，而是详细地展示了如何利用MATLAB的各种工具箱，如Control System Toolbox, Simulink, Signal Processing Toolbox等，将复杂的控制算法付诸实践。我特别喜欢书中对Simulink的深入讲解，它提供了一个直观的图形化界面，让我能够轻松构建复杂的控制系统模型，并进行仿真测试。通过书中大量的实例，我学会了如何从零开始建立一个仿真模型，如何进行系统的参数调整，以及如何评估不同控制策略的效果。这本书的结构安排也非常合理，从基础的传递函数建模到先进的自适应控制和模型预测控制，循序渐进，让我在掌握基本知识的同时，也能逐步接触到更前沿的技术。这本书不仅帮助我理解了控制理论的原理，更重要的是，它教会了我如何运用MATLAB来解决实际的工程问题，极大地提升了我对控制工程的兴趣和信心。

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在我进行控制工程的学习和研究过程中，《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》无疑是我遇到的最实用、最专业的一本书籍。作者对于控制工程理论的掌握以及将这些理论与MATLAB工具箱的精妙结合，令人叹为观止。书中对于各种控制系统的建模、分析和仿真，提供了极其详尽的步骤和代码示例，让我能够轻松地将抽象的数学概念转化为具体的MATLAB实现。我特别欣赏书中关于系统辨识和参数整定的章节，这对于我在进行实际系统建模和控制器优化时提供了非常宝贵的指导。通过书中提供的工具和方法，我能够更准确地识别系统参数，并设计出性能更优越的控制器。此外，书中对多种先进控制策略的介绍，如自适应控制、模糊控制和模型预测控制等，并展示了它们在MATLAB中的实现方式，极大地拓展了我的知识视野，也为我解决实际工程问题提供了更多的思路和工具。这本书不仅仅是一本操作手册，它更像是一位经验丰富的导师，指导我如何将控制工程的理论知识转化为解决实际问题的能力。

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在接触《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》之前，我对MATLAB在控制工程领域的应用一直停留在比较零散和肤浅的认识阶段。这本书的出现，为我提供了一个系统而深入的学习框架。作者对控制工程的理解非常透彻，并且能够巧妙地将抽象的理论概念与MATLAB的强大功能相结合。我特别赞赏书中对各种经典控制算法的讲解，比如PID控制器、状态空间控制器、模糊逻辑控制器以及神经网络控制器等，作者不仅详细阐述了它们的原理，还提供了在MATLAB中实现这些算法的完整代码和仿真流程。这对我而言，是至关重要的。我尝试着按照书中的方法，对一些实际的控制问题进行了仿真和优化，效果非常显著，这让我对MATLAB的强大能力有了更深刻的体会。这本书的结构安排也非常合理，从基础的系统建模和分析，到各种控制器设计和性能评估，再到一些高级主题如鲁棒控制和模型预测控制，几乎涵盖了控制工程学习和实践的方方面面。我感觉自己就像是获得了一位经验丰富的导师，随时随地都能从这本书中汲取知识和灵感。

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对于任何希望在控制工程领域深入发展的人来说，《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》都是一本不可或缺的宝藏。这本书的价值远不止于其“指南”的名称。它更像是一位经验丰富的导师，在我迷茫时给予我清晰的指引。我尤其欣赏作者在处理复杂系统和非线性系统时所提供的解决方案。例如，在面对具有时变参数的系统时，书中详细介绍了如何利用MATLAB的工具箱实现自适应控制，包括自校正调节器（STR）和模型参考自适应系统（MRAS）等，并提供了详细的仿真案例，这对于我目前研究的一个项目非常有帮助。此外，书中关于模型预测控制（MPC）的应用，也为我打开了新的视野。MPC在处理多变量耦合系统和约束条件时展现出强大的优势，而书中关于MPC在MATLAB中的实现方法，让我能够快速掌握这项技术，并将其应用于实际的优化控制问题中。这本书的讲解方式非常细腻，它不仅提供了代码，更重要的是解释了代码背后的逻辑和原理，让我能够知其然，更知其所以然。我曾经花费大量时间在调试复杂的MATLAB代码上，但通过这本书，我学会了如何更高效地利用MATLAB的内置函数和仿真环境，大大提高了我的工作效率。

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在我接触《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》之前，我对MATLAB在控制工程中的应用可以说是知之甚少，很多概念都停留在理论层面，感觉遥不可及。这本书就像一把钥匙，为我打开了通往实践应用的大门。作者以一种非常系统和深入的方式，将MATLAB强大的工具箱与控制工程的各个方面有机地结合起来。我特别喜欢书中关于系统分析和控制器设计的部分。从传递函数到状态空间，从时域分析到频域分析，每一个环节都讲解得非常透彻，并且都辅以具体的MATLAB代码示例。例如，书中关于根轨迹、Nyquist图和Bode图的讲解，不仅解释了这些图形的意义，更重要的是展示了如何用MATLAB快速生成这些图形，并从中提取有用的信息来指导控制器设计。我尝试着按照书中的方法，对一些经典的控制系统进行了仿真和优化，效果非常好，这让我对MATLAB的强大能力有了更直观的认识。这本书的实用性体现在它几乎涵盖了控制工程中的所有核心技术，从PID控制到模糊控制，再到神经网络控制，甚至是更复杂的模型预测控制，作者都给出了详尽的讲解和实现方法。我感觉自己就像是在一个充满智慧的宝库中遨游，每一次翻阅都能学到新的知识和技能。

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坦白说，我在学习控制工程的过程中，常常觉得理论和实际操作之间存在很大的鸿沟，尤其是当需要将抽象的数学模型转化为实际的MATLAB代码时，常常感到无从下手。《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》的出现，彻底改变了我的这种感受。这本书最大的特色在于它不仅提供了理论知识，更重要的是，它详细地展示了如何将这些理论知识通过MATLAB的强大工具箱来实现。作者在讲解时，逻辑清晰，循序渐进，从最基础的系统建模和仿真，到各种先进的控制算法，都进行了深入浅出的阐述。我尤其欣赏书中关于Simulink的应用部分，它提供了一个非常直观的图形化建模环境，让我能够轻松构建复杂的控制系统，并通过仿真来验证各种控制策略的效果。书中大量的实际案例，涉及了从基础的电机控制到复杂的航空航天姿态控制，都做得非常详尽，每一个步骤都清晰可见，这让我能够将学到的知识直接应用到实际问题中。我曾经花费很多时间去摸索如何用MATLAB实现某个控制算法，但通过这本书，我学会了如何更有效地利用MATLAB的各种函数和工具箱，大大提高了我的学习和工作效率。这本书的价值，对我而言，是无法估量的。

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说实话，在购买《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》之前，我曾犹豫过，因为市面上关于MATLAB控制工程的书籍确实不少，但很多都流于表面，要么只是简单地介绍命令，要么就只是堆砌代码，缺乏系统性和深度。然而，这本书彻底打消了我的疑虑。它给我的感觉非常专业，作者对控制工程的理解非常透彻，并且能够将复杂的概念用清晰易懂的方式表达出来，同时又能结合MATLAB强大的工具箱进行高效实现。我最欣赏的是它对不同控制策略的对比分析，比如在处理系统不确定性时，如何选择最优的控制器，以及不同控制器在性能、稳定性和鲁棒性方面的权衡。这本书不仅仅是教会我如何使用MATLAB，更是教会我如何用MATLAB来解决控制工程中的实际问题。我特别关注了书中关于参数整定和模型辨识的部分，这对于我正在进行的某个项目至关重要。通过书中的指导，我不仅学会了如何利用MATLAB的系统辨识工具箱建立精确的模型，还掌握了多种PID参数整定方法，并进行了详细的仿真对比，这使得我的项目进展顺利了许多。这本书的内容涵盖面非常广，从基本的建模仿真到高级的自适应控制和最优控制，几乎囊括了控制工程学习和实践中的各个方面。我感觉自己仿佛拥有了一个随身的“控制工程智囊团”，随时可以查阅和学习。

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这本《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》真是为我量身定做的，我一直以来在学习控制工程时，虽然理论知识储备了不少，但实际操作MATLAB时总是感觉力不从心。特别是涉及到各种复杂的控制算法，比如PID、模糊控制、神经网络控制等，仅仅看课本上的公式和推导，很难将它们有效地转化为MATLAB代码并进行仿真验证。这本书的出现，就像一道曙光照亮了我前行的道路。它不仅仅是简单地罗列MATLAB函数，而是深入浅出地讲解了每个工具箱在控制工程领域的核心功能，以及如何将理论模型转化为可执行的代码。书中大量的实例，从基础的传递函数模型到先进的状态空间设计，再到各种控制器在实际系统（如电机控制、飞行器姿态控制等）中的应用，都做得非常详尽，每一个步骤都清晰可见。我特别喜欢它对Simulink的讲解，那种图形化的建模方式，让我可以直观地看到系统的输入输出关系，调试起来也更加方便。此外，书中还提及了一些高级的主题，如模型预测控制（MPC）和鲁棒控制，这些内容在其他许多教材中往往是一带而过，但这本书却给了我一个深入探索的机会，让我对这些前沿技术有了更深刻的理解。我尝试着按照书中的步骤，复现了一些经典的控制案例，效果令人惊艳，不仅大大缩短了我的学习周期，也提升了我解决实际工程问题的信心。这本书的实用性，我只能用“无与伦比”来形容。

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作为一名已经工作多年的工程师，我深知理论与实践相结合的重要性。《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》恰恰在这方面做得非常出色。我之前在工作中遇到过一些关于系统稳定性分析和控制器设计的问题，虽然理论上有所了解，但在实际操作中却遇到了不少障碍。这本书提供了一系列系统化的方法和工具，让我能够更有效地进行分析和设计。例如，书中对根轨迹、奈奎斯特图、波特图等稳定性分析方法的讲解，不仅提供了理论基础，还展示了如何利用MATLAB的控制系统工具箱快速生成这些图形，并通过图形的特征来判断系统的稳定性以及改进控制策略。此外，书中关于状态空间方法的讲解也让我受益匪浅，如何将物理系统转化为状态空间方程，以及如何利用MATLAB的状态空间分析工具进行可控性、可观性分析和极点配置，这些都是我工作中急需的技能。这本书的案例研究也非常贴近实际工程应用，涉及了电力系统、机械系统、航空航天等多个领域，这让我能够将学到的知识灵活地应用到我所在行业的具体问题中。我常常在遇到棘手问题时，翻开这本书，总能找到解决问题的线索和灵感。它不仅是一本工具书，更是一本能够启发思维、提升工程实践能力的指导手册。

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这本书《MATLAB工具箱应用指南--控制工程篇》为我打开了控制工程应用的新世界。我之前学习控制工程理论时，总是感觉理论和实践之间存在一道巨大的鸿沟，不知道如何将复杂的数学模型转化为实际可操作的MATLAB代码。这本书恰恰填补了这一空白。作者以一种非常系统且易于理解的方式，详细介绍了MATLAB在控制工程中的应用。我尤其喜欢书中对Simulink的深入讲解，它提供了一个直观的图形化建模环境，让我能够轻松构建复杂的控制系统，并通过仿真来验证各种控制策略的效果。书中大量的实例，从基础的传递函数建模到先进的状态空间设计，再到各种控制器在实际系统中的应用，都做得非常详尽，每一个步骤都清晰可见，这让我能够将学到的理论知识直接应用到实际工程问题中。我曾经花费很多时间去摸索如何用MATLAB实现某个控制算法，但通过这本书，我学会了如何更有效地利用MATLAB的各种函数和工具箱，大大提高了我的学习和工作效率。这本书的实用性，对我而言，是无与伦比的。

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