自動控制系統設計與 Matlab 語言

內容描述

■ 內容簡介
　　本書是一本介紹MATLAB軟體在自動控制系統分析、設計問題和模擬應用的書籍。本書第1章介紹MATLAB語言、第2章～第3章介紹MATLAB和SIMULINK模擬應用的書籍，第4章～第9章介紹軟體程式在自動控制系統分析和設計的方法，第10章介紹常用MATLAB工具箱。本書包括MATLAB各方面的指令，覆蓋在控制方面較廣的話題。本書適合五專電機科四年級、二專電機科二年級的「自動控制」課程做為教科書，亦可做為控制系統相關工程人員的參考書籍。

■ 目錄
1　　MATLAB語言簡介1-1
1-1　螢幕輔助1-1
1-2　檔案管理1-4
1.3　數據結構：向量與矩陣1-7
1-3-1　矩陣的標號1-11
1-3-2　特殊矩陣1-13
1-3-3　字符串1-15
1-4　數學運算與函數1-16
1-4-1　基本運算1-17
1-4-2　基本數學函數1-18
1-4-3　數據分析：列函數1-19
1-5　多項式1-20
1-6　繪圖命令1-23
1-7　例題1-26
習 題1-38
附錄　MATLAB(Version 5.2)常用函數命令一覽表1-44
2　　MATLAB語言的編寫方法2-1
2-1　關係與邏輯運算符號2-1
2-2　循環與條件結構2-6
2-3　M檔案：程式檔案與函數檔案2-12
2-3-1　程式檔案2-13
2-3-2　函數2-14
2-3-3　建立M檔案2-16
2-4　字符串列命令2-16
2-5　常用編寫命令2-17
2-6　編寫舉例2-19
習 題2-25
3　　古典控制系統分析的常用命令及SIMULINK模擬軟體簡介3-1
3-1　時域命令3-2
3-2　頻域命令3-3
3-3　根軌跡法命令3-6
3-4　轉移函數的常用命令3-8
3-5　控制系統分析例題3-10
3-6　SIMULINK簡介3-23
3-6-1　建立模型的基本步驟3-24
3-6-2　SIMULINK命令3-31
3-6-3　例題3-37
3-6-4　SIMULINK的高級特徵3-46
習 題3-47
4　　古典控制系統設計方法4-1
4-1　引言4-1
4-1-1　根軌跡法4-2
4-1-2　波德圖法4-3
4-2　系統補償4-5
4-3　比例、積分與微分(PID)控制4-6
4-3-1　Ziegler-Nichols方法4-7
4-3-2　解析方法4-11
4-3-3　PD控制4-14
4-4　超前補償4-16
4-4-1　根軌跡設計方法4-18
4-4-2　根軌跡的幾何方法4-19
4-4-3　根軌跡的解析方法4-23
4-4-4　超前補償的波德圖設計方法4-26
4-4-5　波德圖設計的解析方法4-31
4-4-6　PD控制器與超前補償器的比較4-34
4-5　滯後補償4-34
4-5-1　根軌跡設計方法4-35
4-5-2　根軌跡的解析方法4-38
4-5-3　滯後補償器的波德圖設計方法4-41
4-5-4　波德圖設計的解析方法4-45
4-5-5　PI控制器與滯後補償器的比較4-48
4-6　一般補償控制4-49
4-7　非最小相位系統的穩定邊限4-56
習 題4-60
附錄　程式清單4-66
5　　調節系統的狀態空間設計方法5-1
5-1　概述5-1
5-2　極點配置方法5-2
5-2-1　轉移函數分析5-6
5-2-2　理論分析5-8
5-3　用於狀態空間設計的MATLAB命令5-20
5-4　觀測器的設計5-27
5-5　降階觀測器的設計5-38
5-6　有關狀態空間設計的討論5-51
習 題5-53
附錄　程式清單5-54
6　　數位控制系統設計方法6-1
6-1　概述6-1
6-2　差分方程式6-2
6-3　取樣信號的頻譜6-6
6-3-1　取樣定理6-8
6-3-2　信號的混疊6-9
6-4　變換6-11
6-5　離散狀態空間模型6-13
6-6　數位控制系統模擬6-15
6-6-1　脈衝響應不變法6-16
6-6-2　帶有零階保持器的變換法6-17
6-6-3　差分變換法6-19
6-7　用於離散系統的MATLAB命令6-23
6-8　偏差問題6-31
6-8-1　偏差的預補償方法6-32
6-8-2　臨界頻率的預補償方法6-36
6-9　數位補償器6-39
6-9-1　PID控制器6-40
6-9-2　PID控制器分析技術6-45
6-9-3　超前-滯後補償6-49
6-9-4　變換6-53
6-9-5　補償器的延遲6-61
6-10　離散狀態空間設計簡介6-62
習 題6-63
附錄6-65
A　程式清單6-65
B　變換表和ZOH表6-68
7　　離散系統極點配置和觀測器設計方法7-1
7-1　概述7-1
7-2　極點配置方法7-5
7-2-1　說明7-8
7-2-2　無差拍響應7-9
7-2-3　無差拍控制的說明7-13
7-3　系統設計實例7-20
7-4　全階狀態觀測器的設計7-38
7-4-1　全階觀測器的結構7-38
7-4-2　觀測器增益矩陣的方程式7-41
7-5　最小階狀態觀測器7-46
習 題7-60
8　　線性二次型最佳控制設計方法8-1
8-1　引言8-1
8-2　連續系統的二次型最佳控制8-2
8-2-1　連續系統二次型調節器問題的求解8-3
8-2-2　連續系統二次型調節器問題的拓展8-6
8-2-3　MATLAB實現8-7
8-3　離散系統的二次型最佳控制8-16
8-3-1　離散系統二次型最佳控?br>8-3-2　採用離散極小值原理的求解8-17
8-3-3　最小性能指標的計算8-22
8-4　離散系統的穩態二次型最佳控制8-41
8-4-1　離散系統穩態二次型最佳控制問題的求解8-41
8-4-2　MATLAB實現8-43
8-5　最少能量控制問題8-54
8-5-1　偽逆8-54
8-5-2　偽逆的MATLAB實現8-57
8-5-3　最少能量控制問題的討論8-61
8-6　最佳觀測器設計8-69
8-6-1　公式與求解8-69
8-6-2　MATLAB實現8-71
8-7　線性二次型高斯問題8-77
8-7-1　LQG問題的求解8-77
8-7-2　MATLAB實現8-79
習 題8-85
9　　系統設計實例9-1
9-1　概述9-1
9-2　連續系統設計實例9-2
9-3　離散系統設計實例9-16
9-3-1　離散系統根軌跡的設計實例9-16
9-3-2　離散系統動態響應分析設計實例9-25
9-3-4　離散控制系統的頻率響應9-37
9-3-5　離散系統觀測器設計實例9-54
10　　常用MATLAB工具箱簡介10-1
10-1　控制系統工具箱10-2
10-1-1　模型建立10-3
10-1-2　模型轉換10-10
10-1-3　模型降階和最小實現10-12
10-1-4　模型實現10-13
10-1-5　模型性質10-15
10-1-6　時域響應10-17
10-1-7　頻域響應10-20
10-1-8　根軌跡10-25
10-1-9　增益選擇10-26
10-1-10　方程式求解10-30
10-1-11　演算程式10-30
10-2　系統辨識工具箱10-31
10-2-1　參數估計10-34
10-2-2　非參數估計10-36
10-2-3　數據處理10-37
10-2-4　模型結構定義10-37
10-2-5　模型轉換10-39
10-2-6　遞推參數估計10-41
10-2-7　模型結構處理10-43
10-2-8　模型表達10-44
10-2-9　信息提取10-45
10-2-10　模型結構選擇10-47
10-2-11　模型不確定性評估和模型校驗10-48
參考文獻10-50
　　電氣自動化新技術叢書電-1