《自動(dòng)控制理論創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例教程》圍繞自動(dòng)控制涉及的MATLAB軟件應(yīng)用、硬件實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)編寫，共包含四個(gè)章節(jié)三大部分內(nèi)容。第一部分從MATLAB最基本的數(shù)學(xué)應(yīng)用開始，強(qiáng)調(diào)該軟件在自動(dòng)控制理論中的應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)處理函數(shù)、繪圖函數(shù)和SIMULINK仿真模塊搭建。第二部分為經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論原理實(shí)驗(yàn)，包括線性系統(tǒng)時(shí)域和頻域的性能指標(biāo)、PID參數(shù)設(shè)計(jì)、非線性分析。第三部分為創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，包括遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)和智能控制實(shí)驗(yàn)，通過遠(yuǎn)程控制手段和智能算法講解對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)分析方法。本書可作為高等院校中工科自動(dòng)化、電氣工程自動(dòng)化、機(jī)械工程及自動(dòng)化、儀表及測(cè)試等專業(yè)的教科書，也適用從事自動(dòng)控制類的各專業(yè)工程技術(shù)人員的自學(xué)參考。
本書適用于是自動(dòng)化及自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)課程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活、科學(xué)研究、航空航天和國防軍事等諸多領(lǐng)域。以計(jì)算機(jī)為控制手段的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用越來越廣泛。本書實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以計(jì)算機(jī)為核心，以培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生進(jìn)一步了解和掌握自動(dòng)控制理論課程的基本概念、控制系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計(jì)方法。本書在作者《自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)》一書的基礎(chǔ)上，經(jīng)過五年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐補(bǔ)充、修訂而成，并增加了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
本書包含4章，前2章為軟件設(shè)計(jì)。第1章從Matlab最基本的數(shù)學(xué)應(yīng)用開始介紹，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)該軟件在自動(dòng)控制理論中的應(yīng)用。第2章主要介紹過程控制中大延遲環(huán)節(jié)及復(fù)雜控制的仿真內(nèi)容，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性判別及分析提供幫助。第3章主要結(jié)合經(jīng)典控制實(shí)驗(yàn)，如典型環(huán)節(jié)分析、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)研究、時(shí)域的勞斯穩(wěn)定判據(jù)分析、頻域中伯德圖、頻率特性、超前校正、滯后校正、非線性特性分析、PID參數(shù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行介紹，每個(gè)實(shí)驗(yàn)介紹了實(shí)驗(yàn)原理、方法和步驟，以及采用模擬實(shí)驗(yàn)箱的分立元件搭接線性、非線性被控對(duì)象進(jìn)行介紹。第4章為創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，包括遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)和智能控制實(shí)驗(yàn)。其中，遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)以三容水箱為被控對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的P、PI及模糊控制。智能控制實(shí)驗(yàn)以模擬電路為被控對(duì)象，通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換將計(jì)算機(jī)作為控制單元，實(shí)現(xiàn)遺傳算法、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。實(shí)驗(yàn)中講解了對(duì)系統(tǒng)參數(shù)分析的方法，為學(xué)生自行分析被控對(duì)象系統(tǒng)性能、實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)設(shè)計(jì)及參加創(chuàng)新設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
前言
第1章 Matlab在自動(dòng)控制理論中的應(yīng)用1
【案例一】 Matlab的基本使用2
實(shí)驗(yàn)一 矩陣的基本運(yùn)算8
【案例二】 傳遞函數(shù)的建立方法及形式轉(zhuǎn)換8
實(shí)驗(yàn)二 傳遞函數(shù)的建立及轉(zhuǎn)換方法16
【案例三】 使用框圖化簡(jiǎn)傳遞函數(shù)16
實(shí)驗(yàn)三 框圖化簡(jiǎn)23
【案例四】 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析23
實(shí)驗(yàn)四 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)參數(shù)變化仿真32
【案例五】 線性系統(tǒng)的頻域分析33
實(shí)驗(yàn)五 頻率特性函數(shù)39
【案例六】 狀態(tài)空間分析39
實(shí)驗(yàn)六 狀態(tài)空間可控可觀性仿真研究43
第2章 Simulink仿真在自動(dòng)控制理論中的應(yīng)用44
【實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)】 44
【案例一】 典型環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)曲線50
實(shí)驗(yàn)一 六種常用典型環(huán)節(jié)仿真54
【案例二】 標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)分析54
實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)仿真分析55
【案例三】 串聯(lián)校正環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)56
實(shí)驗(yàn)三 超前滯后校正系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)58
【案例四】 使用試湊法設(shè)計(jì)PID控制器參數(shù)58
實(shí)驗(yàn)四 使用試湊法設(shè)計(jì)PID控制器參數(shù)并仿真62
【案例五】 使用工程整定法設(shè)置PID控制器參數(shù)63
實(shí)驗(yàn)五 常用工程整定法PID參數(shù)仿真70
【案例六】 使用Smith預(yù)估器設(shè)置PID控制器參數(shù)70
實(shí)驗(yàn)六 大延遲系統(tǒng)控制仿真73
【案例七】 復(fù)雜控制仿真73
實(shí)驗(yàn)七 串級(jí)控制及前饋反饋控制仿真77
【案例八】 使用Matlab創(chuàng)建程序M文件分析系統(tǒng)穩(wěn)定性78
實(shí)驗(yàn)八 編程實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性仿真分析84
第3章 自動(dòng)控制理論原理實(shí)驗(yàn)86
【實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)】 86
【實(shí)驗(yàn)一】 典型環(huán)節(jié)的模擬研究87
【實(shí)驗(yàn)二】 二階系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)91
【實(shí)驗(yàn)三】 三階系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)94
【實(shí)驗(yàn)四】 線性控制系統(tǒng)的頻域分析98
【實(shí)驗(yàn)五】 線性系統(tǒng)頻域法串聯(lián)超前校正104
【實(shí)驗(yàn)六】 線性系統(tǒng)頻域法串聯(lián)滯后校正110
【實(shí)驗(yàn)七】 線性系統(tǒng)時(shí)域法比例微分校正116
【實(shí)驗(yàn)八】 時(shí)域法局部比例反饋校正119
【實(shí)驗(yàn)九】 時(shí)域法微分反饋校正123
【實(shí)驗(yàn)十】 線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置127
【實(shí)驗(yàn)十一】 二階非線性系統(tǒng)的相平面分析133
【實(shí)驗(yàn)十二】 三階非線性系統(tǒng)的相平面分析138
【實(shí)驗(yàn)十三】 數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn) 148
【實(shí)驗(yàn)十四】 PID參數(shù)自整定155
【實(shí)驗(yàn)十五】 使用頻率法設(shè)計(jì)控制器165
第4章 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)173
【案例一】 基于遠(yuǎn)程一階液位系統(tǒng)P與PI控制比較175
實(shí)驗(yàn)一 遠(yuǎn)程單級(jí)液位PI控制研究181
【案例二】 基于遠(yuǎn)程三容液位系統(tǒng)解耦控制與PI控制的比較181
實(shí)驗(yàn)二 遠(yuǎn)程三級(jí)液位解耦與PI控制的比較182
【案例三】 基于遠(yuǎn)程三容液位系統(tǒng)的模糊控制183
實(shí)驗(yàn)三 遠(yuǎn)程三級(jí)液位系統(tǒng)模糊控制研究187
【案例四】 基于遺傳算法優(yōu)化PID參數(shù)187
實(shí)驗(yàn)四 使用遺傳算法優(yōu)化PID控制參數(shù)194
【案例五】 基于模糊自適應(yīng)PID算法實(shí)驗(yàn)194
實(shí)驗(yàn)五 使用模糊自適應(yīng)算法優(yōu)化PID控制參數(shù)201
【案例六】 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)驗(yàn)202
實(shí)驗(yàn)六 使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化PID控制參數(shù)211
參考文獻(xiàn)213
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