《計算機控制及系統(tǒng)仿真》從應(yīng)用的角度出發(fā)，系統(tǒng)介紹了計算機控制及系統(tǒng)仿真的知識。全書共10章，主要分為3個部分。
一部分是基礎(chǔ)內(nèi)容學(xué)習(xí)，包括計算機控制及仿真概述；線性連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其相互轉(zhuǎn)換；狀態(tài)空間描述及模型間的相互轉(zhuǎn)換；線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述等內(nèi)容。
二部分以控制系統(tǒng)的經(jīng)典控制、復(fù)雜控制、現(xiàn)代控制和仿真算法為重點，主要涵蓋了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述；PID控制算法等經(jīng)典控制算法；少拍控制算法等復(fù)雜控制算法；基于狀態(tài)空間的輸出反饋法等現(xiàn)代控制算法；數(shù)值積分法等系統(tǒng)仿真算法以及控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。
三部分以控制系統(tǒng)的MATLAB/Simulink仿真及MATLAB/Simulink仿真與建模在實際中的應(yīng)用為重點，并通過兩個具體的實例——飛機偏航阻尼器設(shè)計和飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計來學(xué)習(xí)MATLAB/Simulink仿真。
本書內(nèi)容豐富，融入了作者多年的教學(xué)和科研實踐經(jīng)驗及體會，在講述典型知識的基礎(chǔ)上側(cè)重實際應(yīng)用，內(nèi)容講解深入淺出，相關(guān)知識層次清晰，體現(xiàn)出模塊化處理的特點，強調(diào)了專業(yè)知識與工程實踐相結(jié)合，注重專業(yè)技術(shù)與實踐技能的培養(yǎng)。本書可作為高等院校電氣工程及其自動化專業(yè)、自動化專業(yè)及測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)計算機控制及系統(tǒng)仿真的教材，也可供從事相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和參考。
在講述典型知識的基礎(chǔ)上側(cè)重實際應(yīng)用，強調(diào)了專業(yè)知識與工程實踐相結(jié)合，注重專業(yè)技術(shù)與實踐技能的培養(yǎng)。
書中配備的MATLAB/Simulink仿真程序使學(xué)生能夠上機進行操作，理論聯(lián)系實際，使學(xué)生學(xué)以致用。
隨著高校的發(fā)展和教學(xué)改革的不斷完善，高校逐漸被劃分為理論研究型和應(yīng)用技術(shù)型兩種教學(xué)模式，本書主要適用于應(yīng)用技術(shù)型高校的電氣工程及其自動化專業(yè)、自動化專業(yè)及測控技術(shù)與儀器專業(yè)的教學(xué)，針對這類學(xué)校學(xué)生的基礎(chǔ)和實際情況，在對學(xué)生的培養(yǎng)中，逐步突出對學(xué)生動手、實踐能力的培養(yǎng)，從而培養(yǎng)學(xué)生形成“崇尚一技之長、不唯學(xué)歷憑能力”的學(xué)習(xí)氛圍，即培養(yǎng)學(xué)生向應(yīng)用技術(shù)型轉(zhuǎn)型發(fā)展。本書在講授計算機控制技術(shù)算法的同時，也通過系統(tǒng)仿真進行了實現(xiàn)，并結(jié)合了實際系統(tǒng)的相關(guān)示例，將復(fù)雜的理論與仿真有機地結(jié)合在一起，通過配備的相關(guān)仿真程序使學(xué)生能夠上機進行操作，理論聯(lián)系實際，使學(xué)生學(xué)以致用，對所學(xué)知識有更加直觀和深刻的印象，便于知識點的理解和進一步掌握，也為各個高校逐步向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的發(fā)展增添一份力量。
本書共10章，可分為3個部分。第一部分是基礎(chǔ)內(nèi)容學(xué)習(xí)，包括計算機控制及仿真概述，主要涵蓋了控制理論的基礎(chǔ)知識以及MATLAB/Simulink基本功能介紹；線性連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其相互轉(zhuǎn)換，主要涵蓋了微分方程、傳遞函數(shù)、功能圖、狀態(tài)空間描述及模型間的相互轉(zhuǎn)換；線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，主要涵蓋了差分方程、z變換、脈沖傳遞函數(shù)及離散狀態(tài)空間表達式等內(nèi)容。
第二部分以控制系統(tǒng)的經(jīng)典控制、復(fù)雜控制、現(xiàn)代控制和仿真算法為重點，主要涵蓋了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述；PID控制算法等經(jīng)典控制算法；最少拍控制算法等復(fù)雜控制算法；基于狀態(tài)空間的輸出反饋法等現(xiàn)代控制算法；數(shù)值積分法等系統(tǒng)仿真算法以及控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)等。
第三部分以控制系統(tǒng)的MATLAB/Simulink仿真及MATLAB/Simulink仿真與建模在實際中的應(yīng)用為重點，主要涵蓋了Simulink仿真的參數(shù)設(shè)置、利用Simulink系統(tǒng)仿真模型的仿真處理、Simulink動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型的仿真處理，并通過兩個具體的實例——飛機偏航阻尼器設(shè)計和飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計來學(xué)習(xí)MATLAB/Simulink仿真。
本書章節(jié)安排合理，注重從基礎(chǔ)著手，深入淺出，循序漸進，將計算機控制技術(shù)、控制算法和系統(tǒng)仿真有機地融合到一起。章節(jié)的安排采用分塊的模塊化結(jié)構(gòu)處理方式，數(shù)學(xué)模型的介紹是一塊，系統(tǒng)的算法和設(shè)計是一塊，MATLAB及Simulink仿真是一塊。這種設(shè)計方式能使讀者學(xué)習(xí)思路清晰，一目了然。
由于編者水平有限，書中不足之處在所難免，懇請讀者對本書提出批評與指正，以便進一步修訂與完善。
前言
第1章計算機控制及仿真概述
1.1自動控制的基本知識
1.1.1控制理論的發(fā)展
1.1.2自動控制的概念及其應(yīng)用
1.1.3控制的基本方式
1.1.4對控制系統(tǒng)的性能要求
1.2自動控制系統(tǒng)的組成及分類
1.2.1控制系統(tǒng)的組成
1.2.2自動控制系統(tǒng)的分類
1.3系統(tǒng)仿真的基本知識
1.3.1仿真的概念和仿真過程
1.3.2系統(tǒng)仿真的分類
1.4計算機仿真的特點及其應(yīng)用
1.4.1計算機仿真的特點
1.4.2計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用
1.5MATLAB相關(guān)簡介
1.5.1MATLAB 的產(chǎn)生與發(fā)展
1.5.2MATLAB的主要功能
1.5.3MATLAB的基本應(yīng)用
1.6Simulink簡介
1.6.1Simulink概述
1.6.2Simulink的啟動及界面
1.6.3Simulink的模塊庫
1.7Simulink基本操作
1.7.1模型窗口
1.7.2模塊的操作處理
1.7.3模塊的連接
1.7.4系統(tǒng)模型圖的創(chuàng)建
1.7.5自定義模塊庫和子系統(tǒng)
1.8利用MATLAB對汽車控制系統(tǒng)的仿真實例
1.8.1問題的描述
1.8.2系統(tǒng)的模型表示
1.8.3利用MATLAB對汽車控制系統(tǒng)的設(shè)計
1.8.4利用Simulink對汽車控制系統(tǒng)的設(shè)計
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章線性連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其相互轉(zhuǎn)換
2.1微分方程
2.1.1微分方程的建立
2.1.2非線性系統(tǒng)微分方程的線性化
2.2傳遞函數(shù)
2.2.1拉普拉斯變換
2.2.2系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.2.3自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.2.4MATLAB語言中的傳遞函數(shù)表示
2.3系統(tǒng)的功能圖
2.3.1功能圖的組成和繪制
2.3.2功能圖的等效變換
2.3.3利用MATLAB對控制系統(tǒng)的功能圖進行描述和轉(zhuǎn)換
2.4狀態(tài)空間描述
2.4.1狀態(tài)空間概念
2.4.2狀態(tài)空間表達式
2.4.3MATLAB語言中的狀態(tài)空間模型表示
2.5數(shù)學(xué)模型的相互轉(zhuǎn)換
2.5.1微分方程和狀態(tài)空間表達式之間的轉(zhuǎn)換
2.5.2傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間表達式之間的轉(zhuǎn)換
2.5.3利用MATLAB對數(shù)學(xué)模型進行相互轉(zhuǎn)換
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
3.1線性離散系統(tǒng)概述
3.2離散系統(tǒng)的時域描述——差分方程
3.2.1差分方程
3.2.2差分方程的求解
3.3z變換
3.3.1z變換的定義
3.3.2z變換的求解方法
3.3.3z變換的基本性質(zhì)
3.3.4z反變換
3.3.5用z變換求解差分方程
3.4脈沖傳遞函數(shù)
3.4.1脈沖傳遞函數(shù)的定義
3.4.2開環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
3.4.3閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
3.5離散狀態(tài)空間表達式
3.5.1差分方程的輸入不包含差分項
3.5.2差分方程的輸入包含差分項
3.6離散動態(tài)系統(tǒng)的MATLAB仿真
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章計算機控制系統(tǒng)的經(jīng)典設(shè)計方法
4.1概述
4.2數(shù)字PID控制器設(shè)計
4.2.1模擬PID控制器
4.2.2數(shù)字PID控制器
4.2.3數(shù)字PID控制算法實現(xiàn)方式比較
4.2.4數(shù)字PID控制算法流程
4.3數(shù)字PID算法的改進
4.3.1積分項的改進
4.3.2微分項的改進
4.3.3時間最優(yōu)PID控制
4.3.4帶死區(qū)的PID控制算法
4.4PID參數(shù)的整定
4.4.1采樣周期的選擇
4.4.2按簡易工程法整定PID參數(shù)
4.4.3優(yōu)選法
4.4.4湊試法確定PID參數(shù)
4.4.5PID控制參數(shù)的自整定法
4.5利用MATLAB設(shè)計PID控制器
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章計算機控制系統(tǒng)的復(fù)雜控制規(guī)律設(shè)計
5.1最少拍控制器的設(shè)計
5.1.1數(shù)字控制器的離散化設(shè)計步驟
5.1.2最少拍控制系統(tǒng)D(z)的設(shè)計
5.1.3典型輸入下的最少拍控制系統(tǒng)分析
5.1.4最少拍控制器設(shè)計的限制條件
5.2純滯后控制技術(shù)
5.2.1大林算法的基本形式
5.2.2振鈴現(xiàn)象及其消除方法
5.2.3Smith預(yù)估控制
5.3串級控制技術(shù)
5.3.1串級控制的結(jié)構(gòu)和原理
5.3.2數(shù)字串級控制算法
5.4利用MATLAB設(shè)計最少拍系統(tǒng)
本章小結(jié)
習(xí)題
第6章計算機控制系統(tǒng)的現(xiàn)代控制技術(shù)
6.1采用狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計法
6.1.1連續(xù)狀態(tài)方程的離散化
6.1.2最少拍無紋波系統(tǒng)的跟蹤條件
6.1.3輸出反饋設(shè)計法的設(shè)計步驟
6.2采用狀態(tài)空間的極點配置設(shè)計法
6.2.1按極點配置設(shè)計控制規(guī)律
6.2.2按極點配置設(shè)計狀態(tài)觀測器
6.2.3按極點配置設(shè)計控制器
6.3采用狀態(tài)空間的最優(yōu)化設(shè)計法
6.3.1LQ最優(yōu)控制器設(shè)計
6.3.2LQG最優(yōu)控制器
6.4利用MATLAB設(shè)計現(xiàn)代控制系統(tǒng)
6.4.1極點配置設(shè)計的MATLAB實現(xiàn)
6.4.2LQ最優(yōu)控制器的MATLAB實現(xiàn)
本章小結(jié)
習(xí)題
第7章控制系統(tǒng)的仿真原理及算法
7.1數(shù)值積分法
7.1.1歐拉（Euler）法
7.1.2梯形法
7.1.3龍格-庫塔(Runge-Kutta)法
7.1.4數(shù)值積分公式的應(yīng)用
7.1.5仿真精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性
7.2快速仿真算法
7.2.1時域矩陣法
7.2.2增廣矩陣法
7.2.3替換法
7.2.4根匹配法
7.3離散相似法
7.3.1仿真算法描述
7.3.2典型環(huán)節(jié)的離散模型
7.4線性系統(tǒng)仿真
7.4.1線性系統(tǒng)的數(shù)值積分法仿真
7.4.2線性系統(tǒng)的離散相似法仿真
7.5非線性系統(tǒng)仿真
7.5.1典型非線性特性
7.5.2非線性系統(tǒng)的仿真過程及應(yīng)用
7.6采樣系統(tǒng)仿真
7.6.1采樣控制系統(tǒng)的算法描述
7.6.2采樣周期與仿真步距的關(guān)系
7.6.3采樣系統(tǒng)的仿真應(yīng)用
本章小結(jié)
習(xí)題
第8章控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)
8.1數(shù)字濾波
8.1.1平均值濾波
8.1.2中值濾波
8.1.3RC低通數(shù)字濾波
8.1.4復(fù)合數(shù)字濾波
8.1.5各種數(shù)字濾波性能的比較
8.2標(biāo)度變換
8.2.1線性參數(shù)標(biāo)度變換
8.2.2非線性參數(shù)標(biāo)度變換
8.3插值算法
8.3.1線性插值法
8.3.2分段插值算法
8.3.3數(shù)據(jù)插值的MATLAB實現(xiàn)
8.4越限報警處理
本章小結(jié)
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