MATLAB在自動(dòng)化工程中的應(yīng)用
定 價(jià)：49 元
叢書名：“十三五”國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目卓越工程能力培養(yǎng)與工程教育專業(yè)認(rèn)證系列規(guī)劃教材電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化專業(yè)
- 作者：姜增如
- 出版時(shí)間：2018/11/1
- ISBN：9787111609032
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP273-39
- 頁(yè)碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開(kāi)本：16開(kāi)
本書所使用的軟件版本為MATLAB R2016a。MATLAB R2016a 內(nèi)嵌程序命令､注釋､說(shuō)明和運(yùn)行結(jié)果，圖文并茂，使抽象的理論變得生動(dòng)形象。
本書內(nèi)容涵蓋傳遞函數(shù)的建立､穩(wěn)定性分析､系統(tǒng)校正､根軌跡校正､狀態(tài)反饋仿真､PID 控制器參數(shù)設(shè)計(jì)和復(fù)雜控制系統(tǒng)仿真。本書可作為高等院校自動(dòng)化､電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)的教材，也可供工程技術(shù)人員自學(xué)參考。
前 言
MATLAB 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，提供了矩陣運(yùn)算函數(shù)､數(shù)學(xué)處理函數(shù)､控制理論工具箱､Simulink 工具箱等，可完成分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)､對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行圖形仿真設(shè)計(jì)的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性､準(zhǔn)確性和快速性的判別。
本書的最大特色是將MATLAB 軟件與自動(dòng)化應(yīng)用融為一體，含有控制系統(tǒng)頻域法設(shè)計(jì)､PID控制器設(shè)計(jì)､狀態(tài)空間極點(diǎn)配置及最優(yōu)化設(shè)計(jì)。書中的大量案例以MATLAB 命令程序?yàn)楹诵�，一方面幫助使用者學(xué)習(xí)MATALB 的編程方法，另一方面為學(xué)習(xí)自動(dòng)控制理論的程序設(shè)計(jì)提供支持。
本書配套MOOC，讀者可登錄中國(guó)大學(xué)MOOC 網(wǎng)(http: / / www.icourse163.org)，搜索課程“自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)” 進(jìn)行輔助學(xué)習(xí)。
本書以自動(dòng)控制原理的分析方法為依據(jù)，力求解決自動(dòng)化中的工程應(yīng)用問(wèn)題。在MATLAB軟件應(yīng)用上，講解了變量､M 文件的編寫､函數(shù)使用的命令規(guī)則､二維及三維繪圖､Simulink的圖形化仿真步驟以及界面設(shè)計(jì)。
本書根據(jù)自動(dòng)控制理論中時(shí)域､頻域､根軌跡和狀態(tài)空間理論，列舉了時(shí)域的峰值時(shí)間､穩(wěn)態(tài)時(shí)間､上升時(shí)間､超調(diào)量､穩(wěn)態(tài)誤差等動(dòng)態(tài)特性參數(shù)分析，頻域中的幅值裕量､相位裕量､穿越頻率､根軌跡校正及狀態(tài)空間極點(diǎn)配置的求解方法。書中包含典型環(huán)節(jié)､二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)､勞斯穩(wěn)定判據(jù)､伯德圖､根軌跡校正､超前和滯后校正､狀態(tài)反饋系統(tǒng)矩陣求解及PID 參數(shù)設(shè)計(jì)等，以計(jì)算機(jī)為核心，以案例為導(dǎo)向，為學(xué)生自行設(shè)計(jì)被控對(duì)象､分析系統(tǒng)性能指標(biāo)､設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)､實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
本書可作為高等院校自動(dòng)化､電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)的教材，也可供工程技術(shù)人員自學(xué)參考。
由于水平有限，書中存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
編 者
目 錄
序
前言
第1 章 MATLAB 的功能和基本應(yīng)用 1
1.1 MATLAB R2016a 的工作環(huán)境 1
1.1.1 MATLAB R2016a 窗口界面 1
1.1.2 MATLAB R2016a 工具欄菜單 2
1.1.3 MATLAB R2016a 的主要功能 3
1.1.4 MATLAB 窗口常用操作命令 4
1.1.5 MATLAB 新建變量 5
1.2 MATLAB 語(yǔ)言基礎(chǔ) 5
1.2.1 變量命令規(guī)則 5
1.2.2 全局變量與數(shù)據(jù)類型 6
1.2.3 常用標(biāo)點(diǎn)符號(hào)及功能 8
1.3 代數(shù)運(yùn)算 9
1.3.1 MATLAB 的常量表示 9
1.3.2 基本運(yùn)算 9
1.3.3 數(shù)學(xué)函數(shù) 13
1.3.4 轉(zhuǎn)換函數(shù) 16
1.3.5 字符串操作函數(shù) 17
1.3.6 判斷數(shù)據(jù)類型函數(shù) 17
1.3.7 文件操作函數(shù) 18
1.3.8 常用特殊矩陣 19
1.3.9 句柄函數(shù) 20
1.3.10 數(shù)組表示 21
1.4 多項(xiàng)式處理 23
1.4.1 多項(xiàng)式的四則運(yùn)算 23
1.4.2 多項(xiàng)式求根 24
1.4.3 多項(xiàng)式求導(dǎo) 24
1.4.4 多項(xiàng)式求解 25
1.5 空間向量表示 26
1.5.1 用線性等間距生成向量矩陣 26
1.5.2 線性及對(duì)數(shù)空間表示 26
1.6 邏輯函數(shù) 27
1.6.1 查找函數(shù) 27
1.6.2 測(cè)試向量函數(shù) 28
1.7 符號(hào)運(yùn)算 28
1.7.1 符號(hào)變量表示 29
1.7.2 常用符號(hào)運(yùn)算 31
1.7.3 求解符號(hào)方程 33
1.7.4 傅里葉變換與反變換 36
1.7.5 拉普拉斯變換與反變換 37
1.7.6 Z 變換與Z 反變換 37
1.7.7 符號(hào)極限 38
1.7.8 符號(hào)導(dǎo)數(shù) 38
1.7.9 符號(hào)積分 39
1.7.10 級(jí)數(shù) 40
1.8 插值運(yùn)算 41
第2 章 MATLAB 程序設(shè)計(jì) 45
2.1 數(shù)據(jù)的輸入和輸出 45
2.1.1 數(shù)據(jù)輸入 45
2.1.2 數(shù)據(jù)輸出 46
2.2 程序結(jié)構(gòu) 47
2.2.1 順序結(jié)構(gòu) 47
2.2.2 選擇結(jié)構(gòu) 48
2.2.3 循環(huán)結(jié)構(gòu) 52
2.2.4 try 語(yǔ)句 57
2.3 M 文件 58
2.3.1 腳本文件與函數(shù)文件 58
2.3.2 函數(shù)文件的使用 59
2.4 文件操作 60
2.4.1 文件的打開(kāi) 61
2.4.2 二進(jìn)制文件的讀寫 61
2.4.3 文件的關(guān)閉 62
2.4.4 文本文件的讀寫 63
2.4.5 文件定位和文件狀態(tài) 65
2.4.6 按行讀取數(shù)據(jù) 66
第3 章 MATLAB 的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)繪圖功能 67
3.1 二維繪圖功能 67
3.1.1 繪制一般函數(shù)曲線 67
3.1.2 圖形對(duì)象及其句柄 71
3.1.3 繪制對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖 74
3.1.4 繪制特殊二維圖形函數(shù)曲線 75
3.1.5 繪制符號(hào)函數(shù)曲線 76
3.2 三維繪圖功能 79
3.2.1 繪制三維空間曲線 79
3.2.2 繪制網(wǎng)格矩陣 80
3.2.3 繪制常用三維圖形 81
3.2.4 繪制三維曲面圖 83
3.2.5 特殊三維立體圖 87
3.2.6 圖形顏色的修飾 90
3.2.7 色彩的渲染 91
3.3 創(chuàng)建動(dòng)畫過(guò)程 92
3.3.1 三維圖形不同姿態(tài) 92
3.3.2 動(dòng)畫函數(shù) 93
3.3.3 創(chuàng)建動(dòng)畫步驟 94
3.4 圖像動(dòng)畫 98
3.4.1 圖像文件操作 98
3.4.2 播放電影動(dòng)畫 98
3.4.3 電影動(dòng)畫文件保存 99
第4 章 MATLAB 在時(shí)域分析中的應(yīng)用 101
4.1 傳遞函數(shù)的建立方法及形式轉(zhuǎn)換 101
4.1.1 自動(dòng)控制理論中常用傳遞函數(shù)的表示 101
4.1.2 傳遞函數(shù)的形式轉(zhuǎn)換 105
4.1.3 多項(xiàng)式傳遞函數(shù)分解 108
4.2 框圖化簡(jiǎn) 109
4.2.1 串聯(lián)結(jié)構(gòu) 109
4.2.2 并聯(lián)結(jié)構(gòu) 110
4.2.3 反饋結(jié)構(gòu) 111
4.2.4 復(fù)雜結(jié)構(gòu) 112
4.3 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 114
4.3.1 典型二階系統(tǒng) 114
4.3.2 階躍響應(yīng)曲線 115
4.3.3 計(jì)算二階系統(tǒng)特征參數(shù) 117
4.4 提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的方法 121
4.4.1 微分反饋 121
4.4.2 串聯(lián)比例微分環(huán)節(jié) 121
4.5 高階系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 123
4.5.1 特征方程的根對(duì)穩(wěn)定性的影響 123
4.5.2 使用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)穩(wěn)定性 124
4.5.3 系統(tǒng)零極點(diǎn)對(duì)穩(wěn)定性的影響 127
4.5.4 系統(tǒng)增益對(duì)穩(wěn)定性的影響 129
4.5.5 控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算 131
第5 章 MATLAB 在頻域及根軌跡分析的應(yīng)用 136
5.1 頻域分析法 136
5.1.1 繪制伯德圖 136
5.1.2 繪制奈奎斯特曲線 140
5.1.3 繪制尼柯?tīng)査箞D 142
5.1.4 控制系統(tǒng)頻域設(shè)計(jì) 142
5.2 頻域法校正設(shè)計(jì) 146
5.2.1 頻域法超前校正 147
5.2.2 頻域法滯后校正 151
5.2.3 頻域法超前-滯后校正 156
5.3 繪制根軌跡 160
5.3.1 繪制根軌跡的基本規(guī)則 160
5.3.2 根軌跡函數(shù) 161
5.3.3 使用根軌跡確定閉環(huán)特征根 162
5.3.4 使用根軌跡判定系統(tǒng)穩(wěn)定性 163
5.3.5 繪制指定參數(shù)根軌跡 164
5.3.6 繪制零度根軌跡 164
5.4 根軌跡法校正設(shè)計(jì) 165
5.4.1 根軌跡校正的作用 165
5.4.2 根軌跡超前校正 166
5.4.3 根軌跡滯后校正 170
第6 章 MATLAB 在狀態(tài)空間分析中的應(yīng)用 174
6.1 極點(diǎn)配置與狀態(tài)反饋 174
6.1.1 基本概念 174
6.1.2 極點(diǎn)配置的條件 175
6.1.3 極點(diǎn)配置的原理方法 176
6.1.4 系統(tǒng)的可控性與可觀測(cè)性 177
6.1.5 極點(diǎn)配置 179
6.2 最優(yōu)二次型設(shè)計(jì) 191
6.2.1 連續(xù)系統(tǒng)最優(yōu)二次型設(shè)計(jì) 191
6.2.2 離散系統(tǒng)最優(yōu)二次型設(shè)計(jì) 193
6.2.3 對(duì)輸出加權(quán)的最優(yōu)二次型設(shè)計(jì) 195
6.2.4 Kalman 濾波器 196
第7 章 Simulink 在自動(dòng)控制理論中的仿真 200
7.1 Simulink 仿真模型及參數(shù)設(shè)置 200
7.1.1 基本模塊 200
7.1.2 模塊的參數(shù)和屬性設(shè)置 205
7.2 Simulink 仿真命令 207
7.2.1 運(yùn)行命令 207
7.2.2 線性化處理命令 207
7.2.3 構(gòu)建模型命令 207
7.2.4 輸入､輸出操作命令 212
7.3 六種典型環(huán)節(jié)仿真分析 213
7.3.1 比例環(huán)節(jié)特性 213
7.3.2
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