控制理论MATLAB教程

控制理论MATLAB教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:电子工业出版社
作者:尾形克彦
出品人:
页数:433
译者:
出版时间:2013-2
价格:58.00元
装帧:
isbn号码:9787121195280
丛书系列:国外计算机科学教材系列
图书标签:
  • 自动化
  • 控制工程
  • MATLAB
  • 控制理论
  • MATLAB
  • 自动控制
  • 系统分析
  • 仿真
  • 算法
  • 工程应用
  • 数学建模
  • 信号处理
  • 现代控制
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具体描述

尾形克彦等编著的《控制理论MATLAB教程(英文版)》系统讲述基于MATLAB的控制系统分析和设计方法。全书共7章。第1章总体介绍了MATLAB的基本命令;第2章介绍了MATLAB分析和设计控制系统的预备知识;第3章讨论了如何应用MATLAB获得动态系统的瞬态响应;第4章和第5章分别讲解了如何运用MATLAB进行根轨迹和频域方法的分析和设计;第6章讨论了如何通过MATLAB处理状态空间极点配置和观测器设计问题;第7章提供了控制系统设计中最优参数组的选取方法及二次型最优控制器的求解方法。

《控制理论MATLAB教程(英文版)》的主要读者为自动化专业的本科生、控制科学与工程专业的研究生和从事控制领域工作的科研人员和工程师。

《精通现代控制系统设计与仿真》 本书旨在为读者构建一个扎实的现代控制理论基础,并重点阐述如何在实际工程问题中应用这些理论进行系统设计与仿真。全书紧密结合前沿研究动态与工程实践需求,力求帮助读者从原理到应用,全面掌握现代控制系统的设计方法。 第一部分:基础理论回顾与深化 本部分首先对经典控制理论中的核心概念进行系统梳理,包括传递函数、状态空间表示、稳定性判据(如Routh-Hurwitz、Nyquist、Bode图)等。在此基础上,本书将深入探讨现代控制理论的关键要素。我们将详细解析线性系统理论,涵盖能控性与可观性,这是设计状态反馈控制器和状态观测器的前提。 状态空间方法将贯穿全书。我们会详尽介绍连续时间和离散时间系统的状态空间建模,以及不同形式的表示(如约当标准型、可控标准型、可观标准型)及其意义。理解这些表示有助于我们更直观地分析系统动态特性。 稳定性与性能分析是现代控制理论的核心。我们将深入探讨李雅普诺夫稳定性理论,从理论层面理解系统的渐近稳定性、一致稳定性等概念,并介绍如何构造李雅普诺夫函数来证明稳定性。同时,还会探讨系统在有界输入下有界输出(BIBO)稳定性以及其他稳定性概念。 第二部分:控制器设计策略 本部分将是本书的重头戏,详细介绍各种先进的控制器设计方法。 状态反馈控制:我们将从基本的状态反馈原理出发,探讨如何根据期望的系统闭环极点配置来设计状态反馈增益矩阵。这包括使用反馈多项式方法、分配极点到期望位置等。同时,还会讨论最优状态反馈(LQR),介绍如何根据二次型性能指标来优化控制器参数,平衡控制能量与系统响应。 状态观测器设计:在许多实际应用中,并非所有系统状态都可直接测量。因此,状态观测器的设计至关重要。本书将介绍Luenberger观测器的设计原理,包括如何根据期望的观测器极点来确定观测器增益。同时,还会讨论最优状态观测器(Kalman滤波)的设计,介绍如何利用系统的噪声模型和测量噪声特性来估计最优状态。 全状态反馈与最优控制:结合状态反馈和状态观测器,我们将介绍全状态反馈控制器的实现方式,即利用估计的状态作为反馈信号。进一步,本书将深入探讨最优控制理论,特别是线性二次型最优控制(LQR)的详细推导与应用,介绍如何根据系统的动态模型和二次型成本函数设计最优控制器。 PID控制器优化与现代设计:虽然PID控制是经典控制的代表,但本书也会探讨如何结合现代控制理论的思想来优化PID控制器的参数整定。此外,我们将介绍一些基于现代控制理论的鲁棒控制和自适应控制方法,为读者打开更广阔的设计思路。 第三部分:系统分析与性能提升 本部分关注如何对设计好的控制系统进行深入的分析,并提出性能提升的策略。 系统性能指标:我们将详细阐述各种衡量系统性能的指标,如超调量、调节时间、稳态误差、带宽、相位裕度、增益裕度等。并讲解如何通过控制器设计来优化这些指标。 频率域分析:尽管本书侧重于状态空间方法,但频率域分析在系统理解和故障诊断方面仍具有重要价值。我们将介绍如何从状态空间模型推导出系统的频率响应(Bode图、Nyquist图),并将其与时间域响应联系起来。 鲁棒性分析与设计:现实世界中的系统往往受到模型不确定性和外部扰动的干扰。本书将介绍鲁棒控制的基本概念,包括稳定裕度、灵敏度函数等,并介绍如何设计具有一定鲁棒性的控制器,使其在模型参数变化或存在扰动时仍能保持良好的性能。 系统仿真与验证:强大的仿真能力是验证控制策略有效性的关键。本书将强调仿真在控制系统设计流程中的作用,包括如何搭建仿真模型、运行仿真、分析仿真结果,以及如何通过仿真来调试和优化控制器。 第四部分:先进主题与工程应用 本部分将介绍一些更高级的主题,并结合实际工程案例来展示理论的应用。 离散时间系统控制:针对数字控制器设计,本书将详细介绍离散时间系统的状态空间建模、稳定性判据以及离散时间状态反馈和观测器的设计。 模型预测控制(MPC):作为一种先进的控制策略,MPC能够处理约束条件并优化未来一段时间内的系统性能。本书将介绍MPC的基本原理、滚动优化思想以及其在复杂系统中的应用潜力。 多变量系统控制:我们将探讨如何将现代控制理论应用于多输入多输出(MIMO)系统,包括MIMO系统的状态空间表示、能控性与可观性分析,以及多变量状态反馈和观测器的设计。 实际工程案例分析:通过分析航空航天、机器人、过程控制等领域的典型控制问题,本书将演示如何将所学的理论知识应用于实际系统设计。例如,我们将可能探讨飞行器姿态控制、机器人关节控制、温度控制等具体场景的建模与控制方法。 本书的写作风格力求严谨、清晰,并辅以丰富的图示和例题,帮助读者循序渐进地掌握现代控制理论的精髓。我们相信,通过深入学习本书内容,读者将能够自信地设计和实现高效、稳定的控制系统,应对各种复杂的工程挑战。

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读后感

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用户评价

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这本书的价值,远超出了一个“教程”的范畴,它更像是一本“实战手册”。我最欣赏的一点是,它没有停留在“已知系统”的分析上,而是花了大篇幅探讨了在实际工程中更常见的“系统辨识”和“参数估计”问题。在真实的工业场景中,我们往往很难获得一个系统的精确数学模型,而这本书提供了一套完整的MATLAB流程,从采集实验数据,到选择合适的模型结构(如ARMAX、BJ模型),再到使用系统辨识工具箱进行参数估计,最后对辨识结果进行验证。这个过程是教科书上很少系统介绍的,但却是每一个控制工程师必须面对的挑战。通过跟随书中的案例,我学会了如何科学地处理噪声数据、如何判断模型阶次,以及如何评估模型的拟合优度。这种聚焦于“从数据到模型再到控制”的完整闭环教学,让这本书在众多MATLAB书籍中脱颖而出,是提升工程实践能力不可或缺的工具书。

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坦率地说,我拿到这本书时,内心是抱有一丝怀疑的,毕竟市面上关于MATLAB的教程汗牛充栋,大多是浅尝辄止,讲一些皮毛的应用,真正深入核心概念的寥寥无几。然而,《控制理论MATLAB教程》成功地颠覆了我的预期。它的深度和广度都令人印象深刻。对于那些已经掌握了基础控制理论,但苦于无法高效运用MATLAB进行高级分析和设计的人来说,这本书的价值就体现出来了。它详细讲解了状态空间方法的构建、能控性与能观测性的判据在MATLAB中的实现,甚至还涉及到了现代控制理论中更复杂的优化控制和鲁棒控制的基础概念,并且依然保持了MATLAB代码的实用性和可操作性。我特别欣赏它在讲解鲁棒性分析时,不仅展示了根轨迹法,还引入了裕度分析(Gain and Phase Margin)的计算,这对于工程实践中判断系统稳定性余量至关重要。这本书不是简单的“菜谱”,它更像是一本“武功秘籍”,教你如何运用现代化的工具去驾驭复杂的控制难题,让原本需要大量笔算的工作,在软件中变得清晰透明且高效。

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这本书的结构设计,简直体现了作者深厚的教学经验和对读者学习路径的精确把控。它不是按照控制理论的经典章节顺序(如拉氏变换、傅里叶分析等)来组织的,而是完全以MATLAB功能模块和实际工程问题为导向。举个例子,它可能首先从“如何对一个未知系统进行系统辨识”开始,然后自然地过渡到如何利用辨识出的模型进行控制器设计。这种“结果驱动”的学习方式,极大地提高了学习的积极性。我发现自己不再是为了学而学某个工具箱的功能,而是为了解决特定的控制问题而去掌握它。此外,书中穿插的大量“陷阱”提示和“高级技巧”分享,非常接地气。比如,它会提醒你M文件和脚本文件的区别,或者在处理非线性系统时,如何正确设置仿真步长以保证收敛性。对于我们这些需要快速将理论成果转化为可运行代码的科研人员来说,这种注重细节和实操性的内容,比纯粹的理论推导要宝贵得多。它真正做到了将MATLAB从一个计算器升级为一个强大的设计平台。

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这本《控制理论MATLAB教程》简直是为我这种初学者量身定做的“救星”。我之前在学校里学控制理论时,理论部分感觉像在啃一本天书,公式推导看着头晕眼花,更别提那些复杂的动态系统模型了。但是这本书的切入点非常巧妙,它没有一上来就堆砌晦涩难懂的数学理论,而是直接带你进入MATLAB的实际操作环境。我记得我第一次跟着书上的例子搭建一个简单的二阶系统模型时,那种“原来是这么回事”的顿悟感非常强烈。作者显然深谙我们这些“手残党”的痛点,每一步的代码都解释得清清楚楚,从S域到Z域的转换,从时域响应分析到频域特性的探究,每一步都配有详尽的截图和代码注释。尤其是关于PID控制器的设计部分,它不像其他教材那样只是给出一个公式,而是展示了如何在MATLAB的Simulink环境中拖拽模块进行仿真,并且直观地看到改变参数后系统性能的巨大变化。这本书真正做到了“理论指导实践,实践加深理解”,让我终于跨过了从抽象概念到具体实现的鸿沟,极大地增强了我的工程应用能力。我强烈推荐给所有对控制系统感兴趣,但又害怕纯理论的工程师和学生,这绝对是一本能让你爱上控制的入门宝典。

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我尝试过好几本涉及控制系统仿真的书籍,但大多要么是代码过时,要么是图形界面与当前主流版本不符,导致读者需要花费大量时间去调试环境而不是学习知识点。而《控制理论MATLAB教程》的优势在于它的时效性和兼容性。我使用的最新版本的MATLAB,书中的所有代码和Simulink模型都能完美运行,几乎没有遇到环境兼容性的问题。这种流畅的学习体验,极大地减少了学习过程中的挫败感。更值得称赞的是,它在处理经典控制与现代控制的衔接上做得非常出色。它没有将两者割裂开来,而是清晰地展示了如何使用MATLAB的工具箱,将时域的状态空间模型转化为频域的传递函数模型,反之亦然,并且展示了在不同表示法下,特定指标(如稳态误差、超调量)的计算和理解有何异同。这种全方位的视角,帮助我建立了一个更全面、更统一的控制系统认知框架,而不是仅仅掌握了几套孤立的解题方法。

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