基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真及應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　《基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真及應(yīng)用》共9章，主要內(nèi)容包括：MATLAB基本應(yīng)用方法及Simulink建模與仿真；基于MATLAB的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、基于MATLAB的控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析、基于MATLAB的控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性能分析、基于MATLAB/Simulink的控制系統(tǒng)建模和仿真、基于MATLAB的控制系統(tǒng)校正；控制系統(tǒng)仿真技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例——汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)建模與控制仿真、車輛懸架系統(tǒng)的建模和控制仿真、汽車四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)仿真。本書配套電子課件。

書籍目錄

第1章MATLAB應(yīng)用基礎(chǔ)1 1.1MATLAB簡介1 1.1.1操作界面介紹2 1.1.2幫助系統(tǒng)4 1.1.3工具箱6 1.2MATLAB基本使用方法12 1.2.1基本要素12 1.2.2應(yīng)用基礎(chǔ)14 1.2.3數(shù)值運(yùn)算18 1.2.4符號(hào)運(yùn)算22 1.2.5圖形表達(dá)功能25 1.2.6程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)33 習(xí)題137 第2章基于MATLAB的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型39 2.1數(shù)學(xué)模型的建立39 2.1.1傳遞函數(shù)模型39 2.1.2狀態(tài)空間模型41 2.1.3零極點(diǎn)增益模型44 2.1.4頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)模型45 2.1.5模型參數(shù)的獲取46 2.2數(shù)學(xué)模型的相互轉(zhuǎn)換47 2.2.1連續(xù)時(shí)間模型和離散時(shí)間模型的相互轉(zhuǎn)換47 2.2.2傳遞函數(shù)模型和狀態(tài)空間模型的相互轉(zhuǎn)換48 2.2.3傳遞函數(shù)模型和零極點(diǎn)增益模型的相互轉(zhuǎn)換49 2.2.4狀態(tài)空間模型和零極點(diǎn)增益模型的相互轉(zhuǎn)換50 2.2.5離散時(shí)間系統(tǒng)的重新采樣51 2.3數(shù)學(xué)模型的連接58 2.3.1串聯(lián)連接58 2.3.2并聯(lián)連接59 2.3.3反饋連接60 習(xí)題261 第3章基于MATLAB的控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析63 3.1零輸入響應(yīng)分析63 3.2脈沖輸入響應(yīng)分析65 3.3階躍輸入響應(yīng)分析67 3.4高階系統(tǒng)響應(yīng)分析68 3.5任意輸入響應(yīng)分析73 3.6根軌跡分析方法75 3.7控制系統(tǒng)的頻率特性77 習(xí)題382 第4章基于MATLAB的控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性能分析85 4.1控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析85 4.2控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析89 4.3控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析95 習(xí)題4100 第5章基于MATLAB/Simulink的控制系統(tǒng)建模與仿真102 5.1Simulink模塊庫102 5.2Simulink基本操作111 5.3Simulink建模與仿真112 5.4基于MATLAB/Simulink的非線性系統(tǒng)自激振蕩的分析120 習(xí)題5127 第6章基于MATLAB的控制系統(tǒng)校正130 6.1PID控制器130 6.2超前校正133 6.3滯后校正137 6.4SISO設(shè)計(jì)工具141 習(xí)題6148 第7章應(yīng)用實(shí)例1——汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)建模與控制仿真151 7.1汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)模型151 7.1.1整車模型151 7.1.2輪胎模型152 7.1.3滑移率模型153 7.1.4單輪模型154 7.2基于單輪模型的Simulink仿真154 第8章應(yīng)用實(shí)例2——車輛懸架系統(tǒng)的建模和控制仿真158 8.1汽車懸架系統(tǒng)模型158 8.1.1汽車被動(dòng)懸架系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立159 8.1.2汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立159 8.2懸架系統(tǒng)模型性能分析及仿真160 8.2.1穩(wěn)定性分析160 8.2.2脈沖響應(yīng)161 8.2.3鋸齒波響應(yīng)163 8.2.4正弦波響應(yīng)164 8.2.5白噪聲路面模擬輸入仿真165 8.2.6汽車懸架系統(tǒng)的對比分析及評價(jià)167 第9章應(yīng)用實(shí)例3——汽車四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的仿真169 9.1四輪轉(zhuǎn)向車輛的動(dòng)力學(xué)模型169 9.2基于橫擺角速度反饋控制的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究170 9.2.1模型的建立170 9.2.2控制算法171 9.2.3基于MATLAB/Simulink仿真172 9.2.4操縱穩(wěn)定性分析175 9.3基于最優(yōu)控制的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究175 9.3.1模型的建立175 9.3.24WS系統(tǒng)的可控性和能觀性分析176 9.3.3基于MATLAB仿真176 參考文獻(xiàn)180

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第10章MATLAB半實(shí)物仿真系統(tǒng) 10.1 MATLAB xPC半實(shí)物仿真系統(tǒng) 半實(shí)物仿真，又稱硬件在回路中的仿真HILS（Hardware In the Loop Simulation），是指在條件允許的情況下盡可能地在仿真系統(tǒng)中接入實(shí)物以取代相應(yīng)部分的數(shù)學(xué)模型。這樣的仿真實(shí)驗(yàn)更接近實(shí)際情況，從而可以得到更確切的信息。由于在回路中接入實(shí)物，半實(shí)物仿真系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)運(yùn)行。 從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度講，半實(shí)物仿真系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有面向不同控制對象、具有不同控制規(guī)律的仿真能力；從軟件開發(fā)角度講，半實(shí)物仿真系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有多變量、多參數(shù)的處理能力。同時(shí)半實(shí)物仿真系統(tǒng)能夠與各硬件部件之間進(jìn)行實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)的通信。 MATLAB中的控制類工具箱與Simulink仿真工具為控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、仿真、測試和實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的工具，并使得控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、仿真、測試和實(shí)現(xiàn)的手段及方法都有了很大改進(jìn)。目前，MATLAB已成為國際和國內(nèi)控制領(lǐng)域最流行的設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)軟件。在控制工程領(lǐng)域內(nèi)幾乎所有控制器在設(shè)計(jì)和研發(fā)的過程中都需要在不同階段進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，以觀察與某些部件相連時(shí)的控制算法的性能。計(jì)算機(jī)仿真目前已成為解決工程問題的重要手段，MATLAB和Simulink軟件已成為其中功能最強(qiáng)大的仿真軟件之一。 MATLAB的xPC實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境Simulink／RTW理論體系和技術(shù)框架，為控制理論算法的研究提供了一個(gè)實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)、仿真和開發(fā)與調(diào)試平臺(tái)，為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提出了一套新的快速原型化的解決方案。 10.1.1 MATLAB xPC半實(shí)物仿真平臺(tái)架構(gòu) 通常，基于xPC實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)采用宿主機(jī)一目標(biāo)機(jī)的技術(shù)途徑，即“雙機(jī)”模式：宿主機(jī)為一般Pc，使用Windows操作系統(tǒng)，安裝MATLAB軟件，用于設(shè)計(jì)、創(chuàng)建目標(biāo)應(yīng)用程序；目標(biāo)機(jī)本書采用帶ISA插槽的臺(tái)式工控機(jī)，運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序，并通過RS一232串行接口或以太網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)和宿主機(jī)之間的通信連接。 xPC Target是MathWorks公司提供和發(fā)行的基于RTW體系框架的附加產(chǎn)品，可將Intel80x86／Pentium計(jì)算機(jī)或Pc兼容機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，而且支持許多類型的I／O設(shè)備版（包括ISA和PCI兩種類型）。使用xPC，用戶只要在宿主機(jī)上安裝相應(yīng)的軟件、一個(gè)編譯器和I／O設(shè)備板，就可以將一個(gè)PC兼容機(jī)作為實(shí)時(shí)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)或DSP系統(tǒng)的快速原型化、硬件在回路中的測試和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的功能。xPC不需要在目標(biāo)機(jī)上安裝DOS、Windows、Linux或任何一種操作系統(tǒng)，用戶只需用特殊的目標(biāo)啟動(dòng)盤（一般為u盤）。該啟動(dòng)盤內(nèi)包含了高度優(yōu)化的xPC目標(biāo)的實(shí)時(shí)內(nèi)核。

編輯推薦

《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材,電氣工程自動(dòng)化專業(yè)規(guī)劃教材:基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真及應(yīng)用》可作為高等學(xué)校自動(dòng)化和電氣信息類專業(yè)本科生和研究生教材，也可供從事自動(dòng)控制及相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

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