现代控制系统分析与设计基于MATLAB的仿真与实现何德峰MATLAB现代控制系统设计MATL

本书是国家级精品资源共享课程的配套教材,在讲述现代控制理论的基本概念、原理和方法的基础上,详细介绍基于 MATLAB仿真的现代控制系统分析与设计方法。全书内容涵盖 MATLAB/Simulink应用基础、基于 MATLAB的现代控制系统模型、基于 MATLAB的现代控制系统分析、基于 MATLAB的现代控制系统设计、现代控制系统分析与设计实例(如打印机驱动控制、硬盘磁头定位控制、果实采摘机器人控制、磁悬浮控制、车辆半主动悬架控制、网联汽车自动巡航控制等系统分析与设计)。实例中详细给出了程序命令、注释说明和运行结果,图文并茂,使抽象的现代控制理论变得生动形象。

本书适合作为高等学校自动化及其相关专业本科生的教材,也适合控制科学与工程及其相关专业的研究生以及从事相关工作的科研人员和工程技术人员阅读,亦可作为现代控制理论的开放实验教材。

何德峰  教授、博士生导师，浙江省杰出青年基金获得者，浙江省“万人计划”青年拔尖人才，中国自动化学会过程控制专委会、车辆控制与智能化专委会、预测控制与智能决策专委会委员，教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会协作委员，浙江省自动化学会教学工作委员会秘书长。主持国家和省部级科研项目10余项，获得中国自动化学会科技成果一等奖等国家一级学会科技奖励3项、浙江省科技成果二等奖1项和浙江省教学成果二等奖1项。目前主要从事智能预测与优化控制理论及工程应用研究。

俞立  教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，“现代控制理论”国家精品资源共享课程负责人，中国自动化学会控制理论专委会和过程控制专委会委员，浙江省自动化学会副理事长，浙江省嵌入式系统联合重点实验室主任，“控制科学与工程”省一流学科负责人，享受国务院政府特殊津贴。出版《现代控制理论》国家级规划教材1部，主持国家基金重点联合基金等国家级项目10余项，获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学一等奖1项、浙江省教学成果一等奖和二等奖各1项、其他省部级奖励5项。目前主要从事鲁棒控制、网络化控制和机器人控制研究。

《现代控制系统分析与设计——基于MATLAB的仿真与实现》是国家级精品资源共享课程“现代控制理论”的配套教材。本书在讲述现代控制理论的基本概念、原理和方法的基础上，详细介绍了基于MATLAB仿真软件的现代控制系统状态空间分析与设计方法。全书内容涵盖MATLAB/Simulink应用基础、基于MATLAB的现代控制系统建模、基于MATLAB的现代控制系统分析、基于MATLAB的现代控制系统设计、现代控制系统分析与设计实例——打印机驱动控制系统分析与设计、磁盘磁头定位控制系统分析与设计、机械果实采摘控制系统分析与设计、磁悬浮控制系统分析与设计、汽车半主动悬架控制系统分析与设计、网联汽车自动巡航控制系统分析与设计。书中实例详细给出了程序命令、注释说明和运行结果，图文并茂，使抽象的现代控制理论变得生动形象。

第1章MATLAB/Simulink应用基础

1.1MATLAB应用简介

1.1.1操作界面介绍

1.1.2帮助系统

1.1.3工具箱

1.1.4数值运算

1.1.5符号运算

1.1.6图形表达功能

1.2MATLAB程序设计基础

1.2.1M文件

1.2.2MATLAB程序设计结构

1.3Simulink应用简介

1.3.1Simulink基本操作

1.3.2Simulink模块库

1.3.3Simulink仿真实例

第2章基于MATLAB的现代控制系统模型

2.1状态空间模型的建立

2.1.1状态空间模型的基本概念

2.1.2状态空间模型的MATLAB实现

2.2利用MATLAB进行系统模型间的相互转换

2.2.1由传递函数导出状态空间模型

2.2.2由状态空间模型导出传递函数

2.3连续时间状态空间模型的离散化

2.4状态空间模型的性质

第3章基于MATLAB的现代控制系统分析

3.1状态空间模型的运动响应分析

3.1.1单位阶跃响应分析

3.1.2单位脉冲响应分析

3.1.3初始状态响应分析

3.1.4任意输入信号响应分析

3.2状态空间模型的能控性和能观性分析

3.2.1状态能控性分析

3.2.2输出能控性分析

3.2.3状态能观性分析

3.3现代控制系统的稳定性分析

3.3.1连续时间系统的稳定性分析

3.3.2离散时间系统的稳定性分析

第4章基于MATLAB的现代控制系统设计

4.1Lyapunov稳定状态反馈控制器设计

4.1.1黎卡提方程处理方法

4.1.2线性矩阵不等式处理方法

4.2极点配置状态反馈控制器设计

4.3跟踪控制器设计

4.4线性二次型最优控制器设计

4.4.1连续时间线性二次型最优控制

4.4.2离散时间线性二次型最优控制

4.5基于状态观测器的输出反馈控制器设计

4.5.1状态观测器设计

4.5.2基于状态观测器的输出反馈控制

第5章实例1： 打印机驱动控制系统分析与设计

5.1打印机皮带驱动系统模型

5.1.1驱动系统微分方程

5.1.2驱动系统状态空间模型

5.1.3驱动系统状态空间模型的离散化

5.1.4驱动系统状态空间模型转换为传递函数模型

5.2打印机皮带驱动系统性能分析

5.2.1驱动系统运动响应分析

5.2.2驱动系统能控性和能观性分析

5.2.3驱动系统稳定性分析

5.3打印机皮带驱动系统控制器设计

5.3.1驱动系统极点配置状态反馈控制器设计

5.3.2驱动系统跟踪控制器设计

5.3.3驱动系统状态观测器设计

第6章实例2： 硬盘磁头定位控制系统分析与设计

6.1硬盘磁头定位系统模型

6.1.1磁头定位系统物理模型

6.1.2磁头定位系统状态空间模型

6.1.3磁头定位系统状态空间模型的离散化

6.1.4磁头定位系统状态空间模型转换为传递函数模型

6.2硬盘磁头定位系统性能分析

6.2.1磁头定位系统运动响应分析

6.2.2磁头定位系统能控性和能观性分析

6.2.3磁头定位系统稳定性分析

6.3硬盘磁头定位系统控制器设计

6.3.1磁头定位系统极点配置状态反馈控制器设计

6.3.2磁头定位系统跟踪控制器设计

6.3.3磁头定位系统基于状态观测器的控制器设计

第7章实例3： 果实采摘机器人控制系统分析与设计

7.1果实采摘控制系统模型

7.1.1采摘控制系统物理模型

7.1.2采摘控制系统传递函数

7.1.3采摘控制系统传递函数转换为状态空间模型

7.1.4采摘控制系统状态空间模型的离散化

7.2果实采摘控制系统性能分析

7.2.1采摘控制系统运动响应分析

7.2.2采摘控制系统能控性和能观性分析

7.2.3采摘控制系统稳定性分析

7.3果实采摘系统控制器设计

7.3.1采摘系统极点配置状态反馈控制器设计

7.3.2采摘系统跟踪控制器设计

7.3.3采摘系统基于状态观测器的控制器设计

第8章实例4： 磁悬浮控制系统分析与设计

8.1磁悬浮控制系统模型

8.1.1磁悬浮控制系统物理模型

8.1.2磁悬浮控制系统状态空间模型

8.1.3磁悬浮控制系统状态空间模型的离散化

8.1.4磁悬浮控制系统状态空间模型转换为传递函数模型

8.2磁悬浮控制系统性能分析

8.2.1磁悬浮控制系统运动响应分析

8.2.2磁悬浮控制系统能控性和能观性分析

8.2.3磁悬浮控制系统稳定性分析

8.3磁悬浮系统控制器设计

8.3.1磁悬浮系统极点配置状态反馈控制器设计

8.3.2磁悬浮系统跟踪控制器设计

8.3.3磁悬浮系统状态观测器设计

8.3.4磁悬浮系统基于状态观测器的控制器设计

8.3.5磁悬浮系统线性二次型最优控制器设计

第9章实例5： 车辆半主动悬架控制系统分析与设计

9.1车辆悬架控制系统模型

9.1.1悬架控制系统物理模型

9.1.2悬架控制系统状态空间模型

9.1.3悬架控制系统状态空间模型离散化

9.1.4悬架控制系统状态空间模型转换为传递函数模型

9.2车辆悬架控制系统性能分析

9.2.1悬架控制系统运动响应分析

9.2.2悬架控制系统能控性和能观性分析

9.2.3悬架控制系统稳定性分析

9.3车辆悬架系统控制器设计

9.3.1悬架系统极点配置状态反馈控制器设计

9.3.2悬架系统跟踪控制器设计

9.3.3悬架系统线性二次型最优控制器设计

第10章实例6： 网联汽车自动巡航控制系统分析与设计

10.1汽车自动巡航控制系统原理

10.2汽车自动巡航纵向动力学模型

10.2.1汽车ACC纵向动力学模型

10.2.2汽车ACC系统状态空间模型

10.2.3汽车ACC系统状态空间模型离散化

10.2.4状态空间模型转换为传递函数模型

10.3汽车自动巡航控制系统分析

10.3.1汽车ACC系统的阶跃响应

10.3.2汽车ACC系统的脉冲响应

10.3.3汽车ACC系统的初始状态响应

10.3.4汽车ACC系统能控性和能观性分析

10.4汽车ACC系统的极点配置反馈控制

10.5基于观测器的ACC系统控制器设计

10.6汽车ACC系统线性二次型最优控制

10.6.1汽车ACC系统LQR控制器设计

10.6.2CarSim/Simulink联合仿真

参考文献