MATLAB與控制工程虛擬實驗編程 李翠玲 張浩 陸劍峰 宋登 9787111732679 【台灣高等教育出版社】

內容簡介
本書系統介紹了MATLAB R2022a模擬軟體在自動控制領域的功能亮點和MATLAB編程基礎，由淺入深地介紹了基於Simulink模塊編程的模擬系統搭建與分析方法。本書第1章介紹了MATLAB基礎知識;第2章闡述了經典控制理論中的數學建模、時域分析、根軌跡分析、頻域分析、系統校正與設計和非線性控制系統分析等關鍵理論與MATLAB模擬;第3章論述了現代控制理論中的狀態空間模型、系統可控性、可觀測性判定、穩定性分析、狀態反饋極點配置、狀態觀測器設計、優化控制等基本理論和MATLAB求解方法;第4章按照自動控制原理知識體系給出了21個實驗項目，既有MATLAB基礎實驗，又有自動控制原理MATLAB和Simulink實驗;第5章系統介紹了小車倒立擺系統穩定性控制和最優控制與演化博弈實驗案例。本書著重介紹了MATLAB函數命令格式和使用方法，並通過大量實例進行詳細分析與說明，便於讀者自學和上機實驗，可滿足相關專業不同層次的學習與實踐要求。
本書可供自控工程技術人員學習與實踐，也可作為高等院校控制理論課程的實驗教材和參考用書。

目錄

目錄
前言
第1章MATLAB模擬基礎簡介
1 1MATLAB R2022a模擬軟體簡介
1 1 1MATLAB軟體
1 1 2MATLAB特點
1 1 3MATLAB R2022a集成開發環境
1 1 4MATLAB R2022a功能亮點
1 1 5控制系統工具箱功能亮點
1 2MATLAB基礎知識
1 2 1變數與語句
1 2 2變數操作
1 2 3文件類型
1 3MATLAB編程基礎
1 3 1編程環境
1 3 2編程原則
1 3 3程序流程式控制制語句
1 4MATLAB矩陣及其運算
1 4 1矩陣輸入
1 4 2矩陣運算
1 5MATLAB繪圖功能
1 5 1二維繪圖
1 5 2三維繪圖
1 6Simulink動態模擬集成環境
1 6 1Simulink簡介
1 6 2Simulink功能模塊
1 6 3Simulink基本操作
1 6 4Simulink模擬實例
第2章經典控制理論MATLAB分析
2 1經典控制系統數學模型
2 1 1數學模型的MATLAB指令
2 1 2模型間的相互轉換
2 1 3控制系統的典型連接
2 2系統時域分析
2 2 1時域分析的常用命令
2 2 2線性時不變系統瀏覽器工具
2 3系統根軌跡分析
2 3 1根軌跡分析常用命令
2 3 2系統的穩定性
2 3 3系統的穩態誤差
2 4系統頻域分析
2 4 1頻域分析的常用命令
2 4 2系統設計工具
2 5系統校正與設計
2 5 1超前校正
2 5 2滯后校正
2 6非線性控制系統分析
第3章現代控制理論MATLAB分析
3 1狀態空間模型
3 1 1建立數學模型的MATLAB指令
3 1 2狀態空間模型的轉換
3 1 3狀態空間模型的系統連接及化簡
3 2系統的可控性、可觀測性判定
3 3狀態空間的穩定性分析
3 4狀態反饋的極點配置方法
3 5狀態觀測器的設計
3 5 1全維觀測器
3 5 2降維觀測器
3 6線性二次型最優控制器的設計
3 7虛擬實驗的基本理論與發展
3 7 1虛擬實驗的由來
3 7 2虛擬實驗的發展
第4章基於MATLAB的虛擬模擬實驗
4 1MATLAB基礎實驗
4 1 1實驗一MATLAB基本操作與算術運算
4 1 2實驗二MATLAB矩陣運算
4 1 3實驗三MATLAB程序設計
4 1 4實驗四MATLAB圖形設計
4 1 5實驗五MATLAB圖形用戶界面（GUI）製作
4 1 6實驗六數據處理與多項式計算
4 2經典控制理論的MATLAB實驗
4 2 1實驗一典型環節的性能分析
4 2 2實驗二二階系統的性能分析
4 2 3實驗三控制系統的穩定性分析
4 2 4實驗四控制系統的穩態誤差分析
4 2 5實驗五控制系統根軌跡的分析
4 2 6實驗六自動控制系統的頻域分析
4 2 7實驗七控制系統的校正及設計
4 2 8實驗八PID控制器參數整定
4 2 9實驗九非線性系統的穩定性分析
4 3現代控制理論的MATLAB實驗
4 3 1實驗一狀態空間模型的建立及相互轉換
4 3 2實驗二系統的可控性、可觀測性判定
4 3 3實驗三狀態空間系統的時域、頻域和穩定性分析
4 3 4實驗四狀態空間的極點配置
4 3 5實驗五狀態觀測器的設計
4 3 6實驗六線性二次型最優控制器的設計
第5章MATLAB虛擬實驗案例
5 1倒立擺控制虛擬實驗案例
5 1 1小車倒立擺系統模型及設計要求
5 1 2MATLAB模擬分析
5 2最優控制與演化博弈虛擬模擬實驗案例
5 2 1演化博弈模型的構建
5 2 2MATLAB模擬分析
參考文獻

前言/序言
MATLAB語言是廣泛應用於工程計算及數值分析領域的新型高級語言，全球範圍用戶達到數千萬人。隨著MATLAB軟體版本更新，不斷湧現各工程領域建模、模擬和應用的新亮點。為此，本書跟蹤和介紹MATLAB R2022a軟體控制工具箱新功能，並應用於經典控制理論、現代控制理論虛擬模擬實驗。
隨著控制系統的複雜度日益提升，以及虛擬現實技術、物聯網技術和元宇宙技術等的快速發展，工業自動控制領域的實驗模式正進入高度可視化的虛擬實驗階段。如果自動化模擬實驗室仍然停留在早期的數學模型的MATLAB數值模擬階段，或者與Simulink可視化模擬並存的階段，那麼已經脫離了技術應用現狀。為此，本書順應技術發展趨勢，介紹了虛擬實驗的基本原理和案例，為實驗技術的發展提供技術借鑒。
本書以MATLAB R2022a為平台，遵循理論和實際相結合的原則，以系統控制理論發展為主線，由淺入深地介紹MATLAB的基礎知識及其在經典控制、現代控制系統中的應用；在實驗設計和編程實現方面，涵蓋了控制工程的主要知識單元，實驗內容遵循循序漸進的原則，由簡到難；全書結構清晰，內容翔實，並附有完備的MATLAB源程序代碼，便於教學人員演示、學生課後練習和工程師二次開發。
本書由同濟大學電子與信息工程學院的李翠玲、張浩、陸劍峰和蔚來汽車有限公司的技術專家宋登編著。全書共5章：第1章介紹了MATLAB R2022a模擬軟體在工業自動控制領域的功能亮點、基礎知識、編程基礎、矩陣運算、靈活繪圖、Simulink圖形化建模與模擬；第2章由淺入深地闡述了經典控制理論中的數學建模、時域分析、根軌跡分析、頻域分析、系統校正與設計和非線性控制系統分析等關鍵理論與MATLAB模擬；第3章循序漸進地論述了現代控制理論中的狀態空間模型、系統可控性、可觀測性判定、穩定性分析、狀態反饋極點配置、狀態觀測器設計、優化控制等基本理論和MATLAB求解方法；第4章面向自動化專業實驗要求，詳細闡述了基於MATLAB軟體的控制工程虛擬實驗設計與編程；第5章面向控制工程領域實際，系統介紹了小車倒立擺穩定性控制和最優控制與演化博弈實驗案例。
本書可供自控工程技術人員學習與實踐，並希望能為工業自動控制領域自動化專業、智能控制專業、機電工程專業、機械工程專業和智能製造等相關專業的高校學生、科研人員及企業技術骨幹、生產管理技術人員，提供理論、方法和技術工具參考。
本書的出版得到了自然科學基金面上項目「信息不對稱下雲製造服務供需匹配機制與優化策略」（項目編號72171173）和「公共場所交叉通道的人群匯流動力學建模與穩定性分析」（項目編號72074170）資助。在本書的編寫過程中，得到美國MathWorks公司、機械工業出版社等相關單位的大力支持，在此一併表示感謝。
由於作者水平有限，書中難免存在不足、瑕疵甚至片面之處，懇請廣大讀者不吝指教。
作者