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詳細書籍分類

先進PID控制MATLAB仿真(第4版)

( 簡體 字)
作者:劉金琨類別:1. -> 工程繪圖與工程計算 -> Matlab
譯者:
出版社:電子工業出版社先進PID控制MATLAB仿真(第4版) 3dWoo書號: 44336
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NT售價: 400

出版日:6/1/2016
頁數:544
光碟數:0
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印刷:黑白印刷語系: ( 簡體 版 )
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ISBN:9787121288463
作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 
(簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證)
作者序:

譯者序:

前言:

PID控制是最早發展起來的控制策略之一,由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高,被廣泛應用于過程控制和運動控制中,尤其適用于可建立精確數學模型的確定性控制系統。然而實際工業生產過程往往具有非線性、時變不確定性,難以建立精確的數學模型,應用常規PID控制器不能達到理想的控制效果,而且在實際生產現場中,由于受到參數整定方法繁雜的困擾,常規PID控制器參數往往整定不良、性能欠佳,對運行工況的適應性很差。
計算機技術和智能控制理論的發展為復雜動態不確定系統的控制提供了新的途徑。采用智能控制技術,可設計智能PID和進行PID的智能整定。
有關智能PID控制等新型PID控制理論及其工程應用,近年來已有大量的論文發表。作者多年來一直從事智能控制方面的研究和教學工作,為了促進PID控制和自動化技術的進步,反映PID控制設計與應用中的最新研究成果,并使廣大工程技術人員能了解、掌握和應用這一領域的最新技術,學會用MATLAB語言進行PID控制器的設計,作者編寫了這本書,以拋磚引玉,供廣大讀者學習參考。
本書是在總結作者多年研究成果的基礎上,進一步理論化、系統化、規范化、實用化而成的,其特點如下。
(1)PID控制算法取材新穎,內容先進,重點置于學科交叉部分的前沿研究和介紹一些有潛力的新思想、新方法和新技術,取材著重于基本概念、基本理論和基本方法。
(2)針對每種PID算法給出了完整的MATLAB仿真程序,這些程序都可以在線運行,并給出了程序的說明和仿真結果。具有很強的可讀性,很容易轉化為其他各種實用語言。
(3)著重從應用領域角度出發,突出理論聯系實際,面向廣大工程技術人員,具有很強的工程性和實用性。書中有大量應用實例及其結果分析,為讀者提供了有益的借鑒。
(4)所給出的各種PID算法完整,程序設計力求簡單明了,便于自學和進一步開發。
本書共分17章。第1章介紹連續系統PID控制和離散系統數字PID控制的幾種基本方法,通過仿真和分析進行了說明;第2章介紹了PID控制器整定的幾種方法;第3章介紹了時滯系統的PID控制,包括串級計算機控制系統的PID控制、純滯后控制系統Dahlin算法和基于Smith預估的PID控制;第4章介紹了基于微分器的PID控制,包括基于全程快速微分器和基于Levant微分器的PID控制;第5章介紹了基于觀測器的PID控制,包括基于干擾觀測器、擴張觀測器和輸出延遲觀測器的PID控制;第6章介紹了自抗擾控制器及其PID控制,包括非線性跟蹤微分器、安排過渡過程及PID控制、基于非線性擴張觀測器的PID控制、非線性PID控制和自抗擾控制;第7章介紹了幾種PID魯棒自適應控制方法,包括一種穩定的PD控制算法、基于模型的PI魯棒控制、基于名義模型的機械手PI魯棒控制、基于Anti-windup的PID抗飽和控制和基于增益自適應調節的模型參考自適應PD控制;第8章介紹了專家PID和模糊PID整定方法,其中模糊PID包括自適應模糊補償的倒立擺PD控制、基于模糊規則表的模糊PD控制和模糊自適應整定PID控制;第9章介紹了神經網絡PID控制,包括基于單神經元網絡的PID控制、基于二次型性能指標學習算法的單神經元自適應PID控制和基于自適應神經網絡補償的倒立擺PD控制;第10章介紹了基于差分進化的PID控制,主要包括基于差分進化整定的PID控制和基于差分進化摩擦模型參數辨識的PID控制;第11章介紹了伺服系統的PID控制,包括伺服系統在低速摩擦條件下的PID控制、單質量伺服系統PID控制和二質量伺服系統PID控制;第12章介紹了迭代學習PID控制,包括迭代學習PID控制基本原理和基本設計方法;第13章介紹了撓性及奇異攝動系統的PD控制,包括基于輸入成型的撓性機械系統PD控制和基于奇異攝動理論的P控制;第14章介紹了機械手的PID控制,包括機械手獨立PD控制、工作空間中機械手末端軌跡PD控制、工作空間中機械手末端的阻抗PD控制和移動機器人的P控制;第15章介紹了飛行器的雙閉環PD控制,包括基于雙環設計的VTOL飛行器軌跡跟蹤PD控制和基于內外環的四旋翼飛行器的PD控制;第16章介紹了倒立擺系統的一種控制方法及GUI動畫演示;第17章介紹了其他控制方法,針對每種方法給出了實例說明。
本書是基于MATLAB環境下開發的,各個章節的內容具有很強的獨立性,讀者可以結合自己的方向深入地進行研究。
北京航空航天大學爾聯潔教授在伺服系統設計方面提出了許多寶貴意見,東北大學徐心和教授、薛定宇教授給予了大力支持和幫助,作者在控制系統的分析中,有許多方面得益于作者與研究生的探討,在此一并表示感謝。
由于作者水平有限,書中難免存在一些不足和錯誤之處,歡迎廣大讀者批評指正。


劉金琨
北京航空航天大學
2016年3月10日



第4版說明
在第3版的基礎上主要增加了以下內容:撓性及奇異攝動系統的PD控制、機械手PID控制、飛行器雙閉環PD控制,將第3版第10章“基于遺傳算法整定的PID控制”改為“基于差分進化的PID控制”,并針對第3版中的部分內容進行了更新,對書中的某些錯誤進行了修改。
內容簡介:

全書共分17章,包括基本的PID控制、PID控制器的整定、時滯系統PID控制、基于微分器的PID控制、基于觀測器的PID控制、自抗擾控制器及其PID控制、PD魯棒自適應控制、專家PID控制和模糊PD控制、神經網絡PID控制、基于差分進化的PID控制、伺服系統PID控制、迭代學習PID控制、撓性及奇異攝動系統的PD控制、機械手PID控制、飛行器雙閉環PD控制、倒立擺系統的控制及GUI動畫演示,以及其他控制方法的設計。每種方法都給出了算法推導、實例分析和相應的MATLAB仿真設計程序。

目錄:

第1章 基本的PID控制 1
1.1 PID控制原理 1
1.2 連續系統的模擬PID仿真 2
1.2.1 基本的PID控制 2
1.2.2 線性時變系統的PID控制 8
1.3 數字PID控制 12
1.3.1 位置式PID控制算法 12
1.3.2 連續系統的數字PID控制仿真 13
1.3.3 離散系統的數字PID控制仿真 18
1.3.4 增量式PID控制算法及仿真 25
1.3.5 積分分離PID控制算法及仿真 26
1.3.6 抗積分飽和PID控制算法及仿真 31
1.3.7 梯形積分PID控制算法 34
1.3.8 變速積分PID算法及仿真 34
1.3.9 帶濾波器的PID控制仿真 38
1.3.10 不完全微分PID控制算法及仿真 44
1.3.11 微分先行PID控制算法及仿真 48
1.3.12 帶死區的PID控制算法及仿真 51
1.3.13 基于前饋補償的PID控制算法及仿真 55
1.3.14 步進式PID控制算法及仿真 57
1.3.15 PID控制的方波響應 60
1.3.16 基于卡爾曼濾波器的PID控制 62
1.4 S函數介紹 71
1.4.1 S函數簡介 71
1.4.2 S函數使用步驟 72
1.4.3 S函數的基本功能及重要參數設定 72
1.4.4 實例說明 72
1.5 PID研究新進展 73
參考文獻 73
第2章 PID控制器的整定 75
2.1 概述 75
2.2 基于響應曲線法的PID整定 75
2.2.1 基本原理 75
2.2.2 仿真實例 76
2.3 基于Ziegler-Nichols的頻域響應PID整定 79
2.3.1 連續Ziegler-Nichols方法的PID整定 79
2.3.2 仿真實例 80
2.3.3 離散Ziegler-Nichols方法的PID整定 83
2.3.4 仿真實例 83
2.4 基于頻域分析的PD整定 87
2.4.1 基本原理 87
2.4.2 仿真實例 87
2.5 基于相位裕度整定的PI控制 89
2.5.1 基本原理 89
2.5.2 仿真實例 92
2.6 基于極點配置的穩定PD控制 94
2.6.1 基本原理 94
2.6.2 仿真實例 95
2.7 基于臨界比例度法的PID整定 97
2.7.1 基本原理 97
2.7.2 仿真實例 98
2.8 一類非線性整定的PID控制 100
2.8.1 基本原理 100
2.8.2 仿真實例 102
2.9 基于優化函數的PID整定 104
2.9.1 基本原理 104
2.9.2 仿真實例 104
2.10 基于NCD優化的PID整定 106
2.10.1 基本原理 106
2.10.2 仿真實例 106
2.11 基于NCD與優化函數結合的PID整定 109
2.11.1 基本原理 109
2.11.2 仿真實例 110
2.12 傳遞函數的頻域測試 111
2.12.1 基本原理 111
2.12.2 仿真實例 112
參考文獻 115
第3章 時滯系統的PID控制 116
3.1 單回路PID控制系統 116
3.2 串級PID控制 116
3.2.1 串級PID控制原理 116
3.2.2 仿真實例 117
3.3 純滯后系統的大林控制算法 121
3.3.1 大林控制算法原理 121
3.3.2 仿真實例 121
3.4 純滯后系統的Smith控制算法 123
3.4.1 連續Smith預估控制 123
3.4.2 仿真實例 125
3.4.3 數字Smith預估控制 127
3.4.4 仿真實例 128
參考文獻 133
第4章 基于微分器的PID控制 134
4.1 基于全程快速微分器的PD控制 134
4.1.1 全程快速微分器 134
4.1.2 仿真實例 134
4.2 基于Levant微分器的PID控制 143
4.2.1 Levant微分器 143
4.2.2 仿真實例 144
參考文獻 155
第5章 基于觀測器的PID控制 156
5.1 基于慢干擾觀測器補償的PID控制 156
5.1.1 系統描述 156
5.1.2 觀測器設計 156
5.1.3 仿真實例 157
5.2 基于指數收斂干擾觀測器的PID控制 162
5.2.1 系統描述 163
5.2.2 指數收斂干擾觀測器的問題提出 163
5.2.3 指數收斂干擾觀測器的設計 163
5.2.4 PID控制器的設計及分析 164
5.2.5 仿真實例 164
5.3 基于名義模型干擾觀測器的PID控制 171
5.3.1 干擾觀測器基本原理 171
5.3.2 干擾觀測器的性能分析 172
5.3.3 干擾觀測器魯棒穩定性 173
5.3.4 低通濾波器Q(s)的設計 175
5.3.5 仿真實例 176
5.4 基于擴張觀測器的PID控制 181
5.4.1 擴張觀測器的設計 181
5.4.2 擴張觀測器的分析 181
5.4.3 仿真實例 184
5.5 基于輸出延遲觀測器的PID控制 198
5.5.1 系統描述 198
5.5.2 輸出延遲觀測器的設計 198
5.5.3 仿真實例 199
參考文獻 208
第6章 自抗擾控制器及其PID控制 209
6.1 非線性跟蹤微分器 209
6.1.1 微分器描述 209
6.1.2 仿真實例 209
6.2 安排過渡過程及PID控制 214
6.2.1 安排過渡過程 214
6.2.2 仿真實例 214
6.3 基于非線性擴張觀測器的PID控制 220
6.3.1 系統描述 220
6.3.2 非線性擴張觀測器 220
6.3.3 仿真實例 221
6.4 非線性PID控制 233
6.4.1 非線性PID控制算法 233
6.4.2 仿真實例 234
6.5 自抗擾控制 236
6.5.1 自抗擾控制結構 236
6.5.2 仿真實例 237
參考文獻 246
第7章 PD魯棒自適應控制 247
7.1 穩定的PD控制算法 247
7.1.1 問題的提出 247
7.1.2 PD控制律的設計 247
7.1.3 仿真實例 248
7.2 基于模型的PI魯棒控制 251
7.2.1 問題的提出 251
7.2.2 PD控制律的設計 251
7.2.3 穩定性分析 252
7.2.4 仿真實例 252
7.3 基于名義模型的機械手PI魯棒控制 256
7.3.1 問題的提出 256
7.3.2 魯棒控制律的設計 257
7.3.3 穩定性分析 257
7.3.4 仿真實例 258
7.4 基于Anti-windup的PID控制 266
7.4.1 Anti-windup基本原理 266
7.4.2 基于Anti-windup的PID控制 266
7.4.3 仿真實例 267
7.5 基于PD增益自適應調節的模型參考自適應控制 271
7.5.1 問題描述 271
7.5.2 控制律的設計與分析 271
7.5.3 仿真實例 272
參考文獻 280
第8章 模糊PD控制和專家PID控制 281
8.1 倒立擺穩定的PD控制 281
8.1.1 系統描述 281
8.1.2 控制律設計 281
8.1.3 仿真實例 282
8.2 基于自適應模糊補償的倒立擺PD控制 285
8.2.1 問題描述 285
8.2.2 自適應模糊控制器設計與分析 286
8.2.3 穩定性分析 287
8.2.4 仿真實例 288
8.3 基于模糊規則表的模糊PD控制 295
8.3.1 基本原理 295
8.3.2 仿真實例 296
8.4 模糊自適應整定PID控制 299
8.4.1 模糊自適應整定PID控制原理 299
8.4.2 仿真實例 301
8.5 專家PID控制 307
8.5.1 專家PID控制原理 307
8.5.2 仿真實例 308
參考文獻 310
第9章 神經網絡PID控制 311
9.1 基于單神經元網絡的PID智能控制 311
9.1.1 幾種典型的學習規則 311
9.1.2 單神經元自適應PID控制 311
9.1.3 改進的單神經元自適應PID控制 312
9.1.4 仿真實例 313
9.2 基于二次型性能指標學習算法的單神經元自適應PID控制 316
9.2.1 控制律的設計 316
9.2.2 仿真實例 317
9.3 基于自適應神經網絡補償的PD控制 320
9.3.1 問題描述 320
9.3.2 自適應神經網絡設計與分析 321
9.3.3 仿真實例 323
參考文獻 328
第10章 基于差分進化的PID控制 329
10.1 差分進化算法的基本原理 329
10.1.1 差分進化算法的提出 329
10.1.2 標準差分進化算法 329
10.1.3 差分進化算法的基本流程 330
10.1.4 差分進化算法的參數設置 331
10.2 基于差分進化算法的函數優化 332
10.3 基于差分進化整定的PD控制 335
10.3.1 基本原理 336
10.3.2 基于差分進化的PD整定 336
10.4 基于摩擦模型辨識和補償的PD控制 340
10.4.1 摩擦模型的在線參數辨識 340
10.4.2 仿真實例 341
10.5 基于最優軌跡規劃的PID控制 345
10.5.1 問題的提出 345
10.5.2 一個簡單的樣條插值實例 345
10.5.3 最優軌跡的設計 347
10.5.4 最優軌跡的優化 347
10.5.5 仿真實例 348
參考文獻 354
第11章 伺服系統PID控制 355
11.1 基于Lugre摩擦模型的PID控制 355
11.1.1 伺服系統的摩擦現象 355
11.1.2 伺服系統的LuGre摩擦模型 355
11.1.3 仿真實例 356
11.2 基于Stribeck摩擦模型的PID控制 358
11.2.1 Stribeck摩擦模型描述 358
11.2.2 一個典型伺服系統描述 359
11.2.3 仿真實例 359
11.3 伺服系統三環的PID控制 367
11.3.1 伺服系統三環的PID控制原理 367
11.3.2 仿真實例 368
11.4 二質量伺服系統的PID控制 371
11.4.1 二質量伺服系統的PID控制原理 371
11.4.2 仿真實例 372
11.5 伺服系統的模擬PD+數字前饋控制 375
11.5.1 伺服系統的模擬PD+數字前饋控制原理 375
11.5.2 仿真實例 376
參考文獻 377
第12章 迭代學習PID控制 378
12.1 迭代學習控制方法介紹 378
12.2 迭代學習控制基本原理 378
12.3 基本的迭代學習控制算法 379
12.4 基于PID型的迭代學習控制 379
12.4.1 系統描述 379
12.4.2 控制器設計 379
12.4.3 仿真實例 380
參考文獻 385
第13章 撓性及奇異攝動系統的PD控制 386
13.1 基于輸入成型的撓性機械系統PD控制 386
13.1.1 系統描述 386
13.1.2 控制器設計 386
13.1.3 輸入成型器基本原理 386
13.1.4 仿真實例 388
13.2 基于奇異攝動理論的P控制 393
13.2.1 問題描述 394
13.2.2 模型分解 394
13.2.3 控制律設計 394
13.2.4 仿真實例 395
13.3 柔性機械臂的偏微分方程動力學建模 398
13.3.1 柔性機械臂的控制問題 398
13.3.2 柔性機械臂的偏微分方程建模 398
13.4 柔性機械臂分布式參數邊界控制 402
13.4.1 模型描述 402
13.4.2 邊界PD控制律設計 403
13.4.3 仿真實例 405
參考文獻 412
第14章 機械手PID控制 413
14.1 機械手獨立PD控制 413
14.1.1 控制律設計 413
14.1.2 收斂性分析 413
14.1.3 仿真實例 413
14.2 工作空間中機械手末端軌跡PD控制 417
14.2.1 工作空間直角坐標與關節角位置的轉換 418
14.2.2 機械手在工作空間的建模 419
14.2.3 PD控制器的設計 419
14.2.4 仿真實例 420
14.3 工作空間中機械手末端的阻抗PD控制 426
14.3.1 問題的提出 426
14.3.2 阻抗模型的建立 427
14.3.3 控制器的設計 428
14.3.4 仿真實例 428
14.4 移動機器人的P+前饋控制 438
14.4.1 移動機器人運動學模型 439
14.4.2 位置控制律設計 439
14.4.3 姿態控制律設計 440
14.4.4 閉環系統的設計關鍵 441
14.4.5 仿真實例 441
參考文獻 448
第15章 飛行器雙閉環PD控制 450
15.1 基于雙環設計的VTOL飛行器軌跡跟蹤PD控制 450
15.1.1 VTOL模型描述 450
15.1.2 針對第一個子系統的控制 451
15.1.3 針對第二個子系統的控制 452
15.1.4 仿真實例 452
15.2 基于內外環的四旋翼飛行器的PD控制 459
15.2.1 四旋翼飛行器動力學模型 459
15.2.2 位置控制律設計 460
15.2.3 虛擬姿態角度的求解 461
15.2.4 姿態控制律設計 462
15.2.5 閉環系統的設計關鍵 463
15.2.6 仿真實例 464
參考文獻 473
第16章 小車倒立擺系統的控制及GUI動畫演示 474
16.1 小車倒立擺的H∞控制 474
16.1.1 系統描述 474
16.1.2 H∞控制器要求 475
16.1.3 基于Riccati方程的H∞控制 475
16.1.4 LMI及其MATLAB求解 476
16.1.5 基于LMI的H∞控制 477
16.1.6 仿真實例 477
16.2 單級倒立擺控制系統的GUI動畫演示 485
16.2.1 GUI介紹 485
16.2.2 演示程序的構成 485
16.2.3 主程序的實現 485
16.2.4 演示界面的GUI設計 486
16.2.5 演示步驟 486
參考文獻 488
第17章 其他控制方法的設計與仿真 489
17.1 單級倒立擺建模 489
17.2 倒立擺PD控制 490
17.2.1 系統描述 490
17.2.2 仿真實例 491
17.3 小車倒立擺的全狀態反饋控制 494
17.3.1 系統描述 494
17.3.2 全狀態反饋控制 494
17.3.3 仿真實例 495
17.4 輸入/輸出反饋線性化 503
17.4.1 系統描述 503
17.4.2 控制律設計 503
17.4.3 仿真實例 504
17.5 倒立擺反演控制 507
17.5.1 系統描述 508
17.5.2 控制律設計 508
17.5.3 仿真實例 509
17.6 倒立擺滑模控制 512
17.6.1 問題描述 512
17.6.2 控制律設計 512
17.6.3 仿真實例 513
17.7 自適應魯棒滑模控制 518
17.7.1 問題的提出 518
17.7.2 自適應控制律的設計 518
17.7.3 仿真實例 519
參考文獻 526
序: