控制系统数字仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:东北大学出版社

作者:李笑等

出品人:

页数:170

译者:

出版时间:1999-11

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787810544429

丛书系列:

图书标签:

• 控制系统仿真
• 控制系统
• 数字仿真
• MATLAB
• Simulink
• 自动控制
• 系统建模
• 算法实现
• 仿真技术
• 控制工程
• 现代控制
• 工程应用

《控制系统数字仿真》内容简介 本书深入探讨了控制系统在数字环境下的建模、分析与设计方法。旨在为读者提供一套全面而实用的数字仿真工具箱，帮助理解和掌握复杂控制系统的行为特性。 核心内容概览： 控制系统基础理论回顾与数字域转化： 从经典控制理论出发，回顾PID控制、根轨迹、频率响应等核心概念。 详细阐述连续时间系统如何通过采样、零阶保持等方法转化为离散时间系统，为数字仿真奠定基础。 重点讲解Z变换、离散时间卷积等数学工具在离散系统分析中的应用。 介绍数字控制器的设计方法，包括直接数字设计法、齐次离散化法、等价离散化法等，并分析其适用场景。 建立与表示控制系统模型： 状态空间方法： 详细介绍连续时间状态空间模型的建立，包括物理模型法、辨识法等。重点阐述如何将连续状态空间模型离散化为状态空间方程，并给出多种离散化算法的推导与比较，如欧拉法、龙格-库塔法等。 传递函数与脉冲响应： 讲解如何从物理模型或实验数据中提取传递函数模型，以及如何进行零极点分析、增益和相角裕度计算。重点介绍离散时间传递函数以及其与脉冲响应之间的关系。 混合系统建模： 针对包含连续和离散元素的复杂系统（如数字控制器与连续执行器/被控对象组成的系统），介绍混合系统建模的思路与技术。 数字仿真技术与平台： 数值计算基础： 介绍控制系统仿真中常用的数值算法，如线性方程组求解、多项式运算、矩阵运算等。 仿真算法： 深入讲解各种仿真算法的原理与实现，包括但不限于： 一步法（如欧拉法、向前/向后差分法）： 阐述其原理、精度与稳定性限制。 多步法（如梯形法、Adams-Bashforth/Moulton法）： 介绍其迭代求解过程，以及与一步法的精度和效率对比。 龙格-库塔法（RK4）： 详细推导RK4法的原理，并演示其在高精度仿真中的应用。 隐式与显式方法： 分析不同方法的计算特点，以及在处理刚性系统时的优势。 仿真软件平台介绍： 重点介绍主流的控制系统仿真软件，如MATLAB/Simulink。 Simulink建模指南： 详细介绍Simulink的建模环境、常用模块（如信号源、传送函数、状态空间、PID控制器、积分器、微分器等）的使用方法，以及如何构建复杂的仿真模型。 仿真参数配置： 讲解如何设置仿真步长、仿真时间、求解器类型等关键参数，以及这些参数对仿真结果的影响。 模块库与工具箱： 介绍Simulink中专门为控制系统设计的工具箱，如Control System Toolbox, System Identification Toolbox, Fuzzy Logic Toolbox, Neural Network Toolbox等，以及它们如何辅助建模、分析和设计。 控制系统分析与性能评估： 时域分析： 仿真系统对阶跃、脉冲、斜坡等典型输入的响应，分析超调量、峰值时间、调节时间、稳态误差等性能指标。 频域分析： 利用仿真平台绘制伯德图、奈奎斯特图、根轨迹图，分析系统的稳定裕度、带宽、闭环频率响应等。 非线性系统分析： 针对存在非线性环节的系统，介绍如何通过仿真进行极限环分析、分岔分析，以及李雅普诺夫函数法在非线性稳定性分析中的应用。 鲁棒性分析： 模拟模型参数摄动、外部干扰等不确定性因素，评估控制系统的鲁棒性能。 控制策略的设计与仿真验证： PID控制器设计与优化： 演示如何根据时域或频域指标，通过手动整定或自动调参工具（如 Ziegler-Nichols 法、MATLAB 的 `pidtune`）来设计和优化PID控制器参数，并通过仿真验证其性能。 状态反馈控制器设计： 介绍极点配置法、最小方差控制、最优控制（LQR）等状态反馈控制器的设计原理，并展示如何在仿真环境中实现这些控制器，以及验证其效果。 观测器设计： 针对无法测量所有状态变量的情况，介绍状态观测器（如 Luenberger 观测器）的设计方法，并仿真验证其状态估计精度。 先进控制策略仿真： 介绍一些先进控制策略的仿真应用，如模糊控制、神经网络控制、模型预测控制（MPC）等，展示其在解决复杂控制问题中的潜力。 实际应用案例与进阶主题： 典型控制系统仿真实例： 提供飞机、船舶、机器人、电机驱动、过程控制等多个领域的实际控制系统仿真案例，从模型建立到控制器设计、仿真验证，提供完整流程。 硬件在环（HIL）仿真： 介绍HIL仿真的概念、原理与优势，以及它在控制器原型开发和调试中的重要作用。 实时仿真： 探讨实现控制系统实时仿真的技术挑战与解决方案。 仿真模型验证与确认（V&V）： 强调仿真模型与实际系统之间一致性的重要性，介绍模型验证与确认的基本方法。 本书以理论结合实践的方式，通过大量的图示、伪代码和仿真示例，力求使读者能够熟练运用数字仿真技术解决实际控制工程问题。内容从基础概念出发，逐步深入到高级应用，覆盖了现代控制系统仿真设计的各个关键环节。

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作为一名在嵌入式系统领域摸爬滚打了数载的工程师，我对实时控制和离散时间系统的理解远胜于纯理论推导。因此，我在阅读这本书时，最关注的是其对离散化方法和数字滤波技术的论述深度。我特别留意了关于Z变换在控制系统设计中的应用，以及如何根据采样周期选择合适的连续时间系统到离散时间系统的转换算法，例如零阶保持器（ZOH）和一阶保持器（FOH）在不同工况下的适用性比较。理想情况下，我希望书中能用图表直观地展示不同离散化方法对系统稳定性和动态性能的影响。另外，数字PID控制器的实现细节，包括抗饱和、反向联动以及如何有效地进行参数整定（如Ziegler-Nichols法在离散系统中的应用变种），是我重点攻读的部分。如果这本书能提供基于主流仿真工具（如MATLAB/Simulink或Python的特定库）的实践指导，那么对于我这种追求效率的实践者来说，其价值将翻倍。

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作为一名初入控制领域的研究生，我正在努力建立一个坚实的理论基础，并希望能够熟练掌握如何利用计算机工具来验证和探索理论。因此，我希望这本书不仅仅是“做什么”的指南，更重要的是“为什么这样做”的深入剖析。例如，在讲解根轨迹法时，我希望能看到其与状态反馈极点配置在理论上的内在联系，而不仅仅是两种不同的图形化设计方法。对于时滞系统的仿真处理，这是一个常见的难点，我期待书中能提供几种不同的时滞模型（如纯时滞、一阶近似）在数字域下的等效处理方案及其优缺点对比。如果能针对不同类型的控制对象（如惯性环节、振荡环节、积分环节）提供标准化的数字仿真模块搭建流程，那将为新手提供一个极佳的起点，帮助我们快速从“会用软件”跨越到“能用软件解决问题”的层次。

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从一名侧重于信号处理和系统建模的科研人员角度来看，这本书的理论深度和覆盖范围显得尤为重要。我对状态空间表示法在多输入多输出（MIMO）系统仿真中的应用非常感兴趣，特别是关于可控性和可观测性分析在仿真模型构建中的指导意义。如果书中能详细阐述如何利用奇异值分解（SVD）等数值方法来评估系统模型的简化或降阶可行性，那将是非常有价值的内容。此外，非线性系统的仿真，比如使用李雅普诺夫稳定性理论辅助下的仿真验证，或者针对复杂机械臂运动学模型的仿真，是我希望能看到深入探讨的方向。仅仅停留在线性定常系统的分析是远远不够的，现代控制问题往往涉及大量的非线性动态。我期望看到关于如何选择合适的数值积分器（如欧拉法、龙格-库塔法）及其误差分析，并能结合实际的计算资源限制进行讨论。

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这本书的排版和图文质量直接影响了阅读体验，尤其是对于需要反复查阅公式和波形图的读者。我注意到书中对于符号定义的严谨性，一套统一且清晰的符号系统是理解复杂微分方程组的关键。例如，在阐述卡尔曼滤波应用于状态估计时，清晰地标示出预测步骤和更新步骤中的协方差矩阵以及增益矩阵的演变过程，是避免混淆的重中之重。此外，书中的案例选择如果能更贴近当前工业热点，如电动汽车的电池管理系统（BMS）或无人机姿态控制，会极大地激发读者的学习热情。我个人比较看重的是，在展示仿真结果时，除了标准的阶跃响应图外，能否提供不同工况下的参数敏感性分析图谱，例如当传感器噪声增加10%时，系统性能下降了多少。这种量化的分析，比定性的描述更有说服力。

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这本书的封面设计简洁大气，黑底白字，几个参数曲线的图样若隐若现，给人一种专业而严谨的感觉，初次上手时，我对于它能否将复杂的控制系统理论转化为易于理解的数字仿真实践充满了期待。我的专业背景主要集中在机械工程领域，对自动控制理论有一定的了解，但将这些理论应用于实际的数字仿真环境，尤其是涉及到具体的软件操作和模型建立时，常常感到力不从心。我希望这本书能成为一座坚实的桥梁，连接抽象的数学模型和计算机屏幕上的动态响应。尤其关注的章节是关于系统辨识和参数估计的部分，这部分内容在实际工程中至关重要，往往决定了仿真结果的可靠性。期望作者能深入浅出地讲解如何选择合适的辨识算法，以及在噪声干扰下如何保证估计的精度，而不是仅仅停留在理论公式的罗列上。如果书中能辅以大量工程实例和代码片段，那将是锦上添花之举，能让读者快速上手并解决实际问题。

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