自动控制理论虚拟仿真与实验设计PDF电子书下载

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第1章 自动控制理论实验基础 1

1.1 自动控制及控制系统 1

1.1.1 常见的自动控制系统 1

1.1.2 开环与闭环控制 2

1.1.3 程序自动控制 5

1.2 控制系统的稳定性 5

1.2.1 稳定性的描述 6

1.2.2 稳定性的图形表示 6

1.3 传递函数模型 7

1.3.1 传递函数的定义 7

1.3.2 传递函数的性质 7

1.3.3 传递函数的主要应用 7

1.4 系统的开环和闭环传递函数 8

1.4.1 开环传递函数 8

1.4.2 闭环传递函数 8

1.5 传递函数的常用形式及建立方法 9

1.5.1 多项式传递函数形式 9

1.5.2 零极点传递函数形式 10

1.5.3 状态空间形式 10

1.5.4 标准传递函数形式 11

1.5.5 延迟环节传递函数形式 12

1.5.6 建立传递函数的方法 12

1.6 传递函数的形式转换 16

1.6.1 多项式到零极点传递函数 16

1.6.2 零极点到多项式传递函数 16

1.6.3 多项式传递函数到状态空间 16

1.6.4 状态空间到多项式传递函数 16

1.6.5 零极点到状态空间 16

1.6.6 状态空间到零极点传递函数 16

1.6.7 由传递函数获取系数 19

第2章 基于MATLAB虚拟仿真实验 21

实验一 框图化简 21

一、实验目的 21

二、实验案例及说明 21

三、实验内容与要求 25

四、思考题 26

实验二 控制系统的瞬态响应分析 26

一、实验目的 26

二、实验案例及说明 26

三、实验内容与要求 28

四、思考题 28

实验三 二阶系统阶跃响应分析 28

一、实验目的 28

二、实验案例及说明 28

三、实验内容与要求 31

四、思考题 32

实验四 稳定性分析 32

一、实验目的 32

二、实验案例及说明 32

三、实验内容与要求 37

四、思考题 37

实验五 线性系统的频域分析与根轨迹分析 37

一、实验目的 37

二、实验案例及说明 38

三、实验内容与要求 48

四、思考题 49

实验六 PID控制器参数设计 49

一、实验目的 49

二、实验案例及说明 49

三、实验内容与要求 69

四、思考题 69

实验七 频域法超前和滞后校正设计 70

一、实验目的 70

二、实验案例及说明 70

三、实验内容与要求 74

四、思考题 75

实验八 根轨迹校正设计 75

一、实验目的 75

二、实验案例及说明 75

三、实验内容与要求 82

四、思考题 83

实验九 状态空间极点配置控制系统设计 83

一、实验目的 83

二、实验案例及说明 84

三、实验内容与要求 96

四、思考题 96

实验十二 次型最优控制器设计 96

一、实验目的 96

二、实验案例及说明 97

三、实验内容与要求 101

四、思考题 101

实验十一 使用卡尔曼滤波器设计LQR最优控制器 101

一、实验目的 101

二、实验案例及说明 102

三、实验内容与要求 104

四、思考题 104

实验十二 利用工程整定法实现PID控制器设计 104

一、实验目的 104

二、实验案例及说明 105

三、实验步骤与要求 112

四、思考题 113

第3章 基于Simulink模块仿真实验 114

实验一 典型环节与二阶系统仿真 114

一、实验目的 114

二、实验案例及说明 114

三、实验内容与要求 122

四、思考题 125

实验二 串联超前、滞后校正仿真设计 125

一、实验目的 125

二、实验案例及说明 125

三、实验内容与要求 127

四、思考题 128

实验三 稳定性及稳态误差仿真 128

一、实验目的 128

二、实验案例及说明 128

三、实验内容与要求 132

四、思考题 132

实验四 PID控制器参数设计 133

一、实验目的 133

二、实验案例及说明 133

三、实验内容与要求 139

四、思考题 140

实验五 使用Smith预估器设计PID控制器 140

一、实验目的 140

二、实验案例及说明 140

三、实验内容与要求 143

四、思考题 143

实验六 非线性相平面分析与校正设计 143

一、实验目的 143

二、实验案例及说明 144

三、实验内容与要求 150

四、思考题 151

实验七 状态反馈控制器配置仿真设计 151

一、实验目的 151

二、实验案例及说明 151

三、实验内容及要求 155

四、思考题 156

第4章 基于QUBE-Servo 2电机及倒立摆的实验分析与设计 157

硬件说明 Quanser QUBE-Servo 2组件 157

实验一 基于电机的一阶闭环系统时域分析 162

一、实验目的 162

二、实验内容 162

三、实验步骤 162

四、实验报告要求 170

五、思考题 171

实验二 基于电机二阶闭环系统的时域分析 171

一、实验目的 171

二、实验内容 171

三、实验步骤 172

四、实验报告要求 179

五、思考题 179

实验三 基于位置的二阶闭环系统稳态误差分析 180

一、实验目的 180

二、实验内容 180

三、实验步骤 181

四、实验报告要求 188

五、思考题 189

实验四 基于位置二阶闭环系统的频域分析 189

一、实验目的 189

二、实验内容 189

三、实验步骤 190

四、实验报告要求 197

五、思考题 199

实验五 基于电机的二阶系统的超前校正 200

一、实验目的 200

二、实验内容 200

三、实验步骤 201

四、实验报告要求 203

五、实验分析 203

六、思考题 203

实验六 基于电机的二阶系统PD控制器设计 203

一、实验目的 203

二、实验内容 204

三、实验步骤 205

四、实验报告要求 208

五、实验分析 208

六、思考题 208

实验七 基于电机的离散系统分析 209

一、实验目的 209

二、实验内容 209

三、实验步骤 211

四、实验报告要求 216

五、思考题 217

实验八 基于电机的非线性系统分析 217

一、实验目的 217

二、实验内容 217

三、实验步骤 218

四、实验报告要求 223

五、思考题 223

实验九 基于倒立摆的起摆控制 224

一、实验目的 224

二、实验方法 224

三、实验步骤 226

四、实验报告要求 231

五、实验分析 231

六、思考题 231

实验十 基于倒立摆的PD稳摆控制 231

一、实验目的 231

二、实验方法 231

三、实验步骤 233

四、实验报告要求 236

五、实验分析 236

六、思考题 236

实验十一 基于倒立摆的LQR最优控制 236

一、实验目的 236

二、实验方法 236

三、实验步骤 237

四、实验报告要求 240

五、实验分析 240

六、思考题 240

附录 常用绘图 241

F1 二维绘图 241

F2 三维绘图 246

F3 函数插值 251

F3.1 一维插值 251

F3.2 二维插值 255

F3.3 三维插值 257

参考文献 258

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