机电控制系统建模仿真与设计

《机电控制系统建模仿真与设计》共分为七章，从控制系统仿真的基本概念、仿真工具软件的使用，到控制系统建模的基础知识，控制系统的仿真分析、控制器的辅助设计，进行了由浅入深、通俗易懂的讲述。特别是书中结合仿真工具软件对相关理论知识进行了实现描述，给出了相应的代码，做到了理论讲述与实践应用相结合，让读者学有所得、学有所用。第1章通过分析控制系统分析的三种基本方法：解析法、实验法和仿真实验法，引出该书要讲述的控制系统仿真方法，进而对系统仿真的基本概念、应用及发展等基础知识进行讲解。第2章以该书所用到的仿真工具软件MATLAB为背景，讲述了系统仿真中用到的相关内容和知识。考虑到MATLAB工具软件的通用性，大部分读者都具有一定基础，因此这部分内容的讲述相对简短。第3章对Simulink工具的使用进行了讲解，尤其是对通过编写S-函数实现特定算法或完成特定硬件的驱动进行了重点描述，并进一步讲解了利用Simulink构建半实物实时仿真系统的实现过程。第4章从连续系统与离散系统两个方面讲述了控制系统模型的几种不同的描述形式、各种描述形式在MATLAB仿真软件中的表述方式，即系统仿真中的二次模型化，以及不同表述方式间的相互转换。第5章以机电控制系统为背景，讲述了其机理建模和统计建模的基本思路和方法，即系统仿真中的一次模型化。其中，在机理建模方面，以常见的传动机构（如减速机、丝杠）、执行机构（如电机、液压缸）为代表讲述了其建模的基本过程，并针对复杂机电系统，结合实际工程应用，介绍了如何进行运动学和动力学建模。第6章主要是基于所建立的控制系统模型，结合仿真工具软件，讲述了对控制系统稳定性、稳态性能、动态性能、可控性和可观性等性能指标的定量或定性分析方法，所涉及的控制系统分析方法主要包括时域分析、根轨迹分析、频域分析、状态空间分析。第7章以控制器的辅助设计为主要内容展开。首先讲述了控制系统数字仿真的实现，以四阶龙格―库塔算法为核心讲解了如何编写程序求解一阶常微分方程，使读者了解掌握控制系仿真的实现机理。然后以基本的PID控制方法为基础，结合实例及具体代码讲解了控制器设计的基本过程、3个控制参数的整定方法。并进一步讲述了自抗扰控制器、基于状态空间模型的控制器设计方法与过程。《机电控制系统建模仿真与设计》可供高等院校自动化、机械电子类专业的学生学习使用，也可供机电工程领域的工程技术人员、科研人员作为参考书使用。