《現代控制繫統分析與設計——基於MATLAB的仿真與實現》是重量精品資源共享課程“現代控制理論”的配套教材。本書在講述現代控制理論的基本概念、原理和方法的基礎上，詳細介紹了基於MATLAB仿真軟件的現代控制繫統狀態空間分析與設計方法。全書內容涵蓋MATLAB/Simulink應用基礎、基於MATLAB的現代控制繫統建模、基於MATLAB的現代控制繫統分析、基於MATLAB的現代控制繫統設計、現代控制繫統分析與設計實例——打印機驅動控制繫統分析與設計、磁盤磁頭定位控制繫統分析與設計、機械果實采摘控等

●第1章MATLAB/Simulink應用基礎1.1MATLAB應用簡介1.1.1操作界面介紹1.1.2幫助繫統1.1.3工具箱1.1.4數值運算1.1.5符號運算1.1.6圖形表達功能1.2MATLAB程序設計基礎1.2.1M文件1.2.2MATLAB程序設計結構1.3Simulink應用簡介1.3.1Simulink基本操作1.3.2Simulink模塊庫1.3.3Simulink仿真實例第2章基於MATLAB的現代控制繫統模型2.1狀態空間模型的建立2.1.1狀態空間模型的基本概念2.1.2狀態空間模型的MATLAB實現2.2利用MATLAB進行繫統模型間的相互轉換2.2.1由傳遞函數導出狀態空間模型2.2.2由狀態空間模型導出傳遞函數2.3連續時間狀態空間模型的離散化2.4狀態空間模型的性質第3章基於MATLAB的現代控制繫統分析3.1狀態空間模型的運動響應分析3.1.1單位階躍響應分析3.1.2單位脈衝響應分析3.1.3初始狀態響應分析3.1.4任意輸入信號響應分析3.2狀態空間模型的能控性和能觀性分析3.2.1狀態能控性分析3.2.2輸出能控性分析3.2.3狀態能觀性分析3.3現代控制繫統的穩定性分析3.3.1連續時間繫統的穩定性分析3.3.2離散時間繫統的穩定性分析第4章基於MATLAB的現代控制繫統設計4.1Lyapunov穩定狀態反饋控制器設計4.1.1黎卡提方程處理方法4.1.2線性矩陣不等式處理方法4.2極點配置狀態反饋控制器設計4.3跟蹤控制器設計4.4線性二次型很優控制器設計4.4.1連續時間線性二次型很優控制4.4.2離散時間線性二次型很優控制4.5基於狀態觀測器的輸出反饋控制器設計4.5.1狀態觀測器設計4.5.2基於狀態觀測器的輸出反饋控制第5章實例1： 打印機驅動控制繫統分析與設計5.1打印機皮帶驅動繫統模型5.1.1驅動繫統微分方程5.1.2驅動繫統狀態空間模型5.1.3驅動繫統狀態空間模型的離散化5.1.4驅動繫統狀態空間模型轉換為傳遞函數模型5.2打印機皮帶驅動繫統性能分析5.2.1驅動繫統運動響應分析5.2.2驅動繫統能控性和能觀性分析5.2.3驅動繫統穩定性分析5.3打印機皮帶驅動繫統控制器設計5.3.1驅動繫統極點配置狀態反饋控制器設計5.3.2驅動繫統跟蹤控制器設計5.3.3驅動繫統狀態觀測器設計第6章實例2： 硬盤磁頭定位控制繫統分析與設計6.1硬盤磁頭定位繫統模型6.1.1磁頭定位繫統物理模型6.1.2磁頭定位繫統狀態空間模型6.1.3磁頭定位繫統狀態空間模型的離散化6.1.4磁頭定位繫統狀態空間模型轉換為傳遞函數模型6.2硬盤磁頭定位繫統性能分析6.2.1磁頭定位繫統運動響應分析6.2.2磁頭定位繫統能控性和能觀性分析6.2.3磁頭定位繫統穩定性分析6.3硬盤磁頭定位繫統控制器設計6.3.1磁頭定位繫統極點配置狀態反饋控制器設計6.3.2磁頭定位繫統跟蹤控制器設計6.3.3磁頭定位繫統基於狀態觀測器的控制器設計第7章實例3： 果實采摘機器人控制繫統分析與設計7.1果實采摘控制繫統模型7.1.1采摘控制繫統物理模型7.1.2采摘控制繫統傳遞函數7.1.3采摘控制繫統傳遞函數轉換為狀態空間模型7.1.4采摘控制繫統狀態空間模型的離散化7.2果實采摘控制繫統性能分析7.2.1采摘控制繫統運動響應分析7.2.2采摘控制繫統能控性和能觀性分析7.2.3采摘控制繫統穩定性分析7.3果實采摘繫統控制器設計7.3.1采摘繫統極點配置狀態反饋控制器設計7.3.2采摘繫統跟蹤控制器設計7.3.3采摘繫統基於狀態觀測器的控制器設計第8章實例4： 磁懸浮控制繫統分析與設計8.1磁懸浮控制繫統模型8.1.1磁懸浮控制繫統物理模型8.1.2磁懸浮控制繫統狀態空間模型8.1.3磁懸浮控制繫統狀態空間模型的離散化8.1.4磁懸浮控制繫統狀態空間模型轉換為傳遞函數模型8.2磁懸浮控制繫統性能分析8.2.1磁懸浮控制繫統運動響應分析8.2.2磁懸浮控制繫統能控性和能觀性分析8.2.3磁懸浮控制繫統穩定性分析8.3磁懸浮繫統控制器設計8.3.1磁懸浮繫統極點配置狀態反饋控制器設計8.3.2磁懸浮繫統跟蹤控制器設計8.3.3磁懸浮繫統狀態觀測器設計8.3.4磁懸浮繫統基於狀態觀測器的控制器設計8.3.5磁懸浮繫統線性二次型很優控制器設計第9章實例5： 車輛半主動懸架控制繫統分析與設計9.1車輛懸架控制繫統模型9.1.1懸架控制繫統物理模型9.1.2懸架控制繫統狀態空間模型9.1.3懸架控制繫統狀態空間模型離散化9.1.4懸架控制繫統狀態空間模型轉換為傳遞函數模型9.2車輛懸架控制繫統性能分析9.2.1懸架控制繫統運動響應分析9.2.2懸架控制繫統能控性和能觀性分析9.2.3懸架控制繫統穩定性分析9.3車輛懸架繫統控制器設計9.3.1懸架繫統極點配置狀態反饋控制器設計9.3.2懸架繫統跟蹤控制器設計9.3.3懸架繫統線性二次型很優控制器設計第10章實例6： 網聯汽車自動巡航控制繫統分析與設計10.1汽車自動巡航控制繫統原理10.2汽車自動巡航縱向動力學模型10.2.1汽車ACC縱向動力學模型10.2.2汽車ACC繫統狀態空間模型10.2.3汽車ACC繫統狀態空間模型離散化10.2.4狀態空間模型轉換為傳遞函數模型10.3汽車自動巡航控制繫統分析10.3.1汽車ACC繫統的階躍響應10.3.2汽車ACC繫統的脈衝響應10.3.3汽車ACC繫統的初始狀態響應10.3.4汽車ACC繫統能控性和能觀性分析10.4汽車ACC繫統的極點配置反饋控制10.5基於觀測器的ACC繫統控制器設計10.6汽車ACC繫統線性二次型很優控制10.6.1汽車ACC繫統LQR控制器設計10.6.2CarSim/Simulink聯合仿真參考文獻

本書是重量精品資源共享課程的配套教材,在講述現代控制理論的基本概念、原理和方法的基礎上,詳細介紹基於 MATLAB仿真的現代控制繫統分析與設計方法。全書內容涵蓋 MATLAB/Simulink應用基礎、基於 MATLAB的現代控制繫統模型、基於 MATLAB的現代控制繫統分析、基於 MATLAB的現代控制繫統設計、現代控制繫統分析與設計實例(如打印機驅動控制、硬盤磁頭定位控制、果實采摘機器人控制、磁懸浮控制、車輛半主動懸架控制、網聯汽車自動巡航控制等繫統分析與設計)。實例中詳細給出了程序命令、注釋說明和運行結果,圖文並茂,使抽像的現代控制理論變得生動形像。本書適合作為高等學校自動化及其相關專業本科生的教材,也適合控制科學與工程及其相關專業的研究生以及從事相關工作的科研人員和工程技術人員閱讀,亦可作為現代控制理論的開放實驗教材。

何德峰、俞立 著

     第3章基於MATLAB的現代控制繫統分析 在討論了基於MATLAB的現代控制繫統狀態空間模型後，就要根據對像的狀態空間模型對繫統進行分析，其目的就是要揭示繫統的運動規律和基本特性。繫統分析一般有定性分析和定量分析兩種。定性分析主要分析現代控制繫統的能控性、能觀性和穩定性，而定量分析則是對現代控制繫統的運動規律進行準確的研究，定量地確定繫統由初始狀態和外部激勵所引起的響應，即在知道了繫統的初始狀態和外部輸入信號後，如何根據狀態空間模型確定繫統未來的狀態或輸出，以了解繫統的運動狀態。 給定現代控制繫統的連續時間狀態空間模型 x·(t)=Ax(t)+Bu(t)(3.0.1a) y(t)=Cx(t)+Du(t)(3.0.1b) 或離散時間狀態空間模型 x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)(3.0等