资 源 简 介
本资料是针对控制自动化学科的matlab程序指导书，我相信对大家很有帮助。其中对矩阵运算，遗传算法，神经网络，模糊控制，分数阶控制。鲁棒控制，最优控制都有讲解，希望大家会喜欢。序FOREWORD自动化学科有着光荣的历史和重要的地位,20世纪50年代我国政府就十分重视自动化学科的发展和自动化专业人才的培养。五十多年来,自动化科学技术在众多领域发挥了重大作用,如航空、航天等,“两弹星”的伟大工程就包含了许多自动化科学技术的成果。自动化科学技术也改变了我国工业整体的面貌,不论是石油化工、电力、钢铁,还是轻工、建材、医药等领域都要用到自动化手段,在国防工业中自动化的作用更是巨大的。现在,世界上有很多非常活跃的领域都离不开自动化技术,比如机器人、月球车等。另外,自动化学科对一些交叉学科的发展同样起到了积极的促进作用,例如网络控制、量子控制、流媒体控制、生物信息学、系统生物学等学科就是在系统论、控制论、信息论的影响下得到不断的发展。在整个世界已经进入信息时代的背景下,中国要完成工业化的任务还很重,或者说我们正处在后工业化的阶段。因此,国家提出走新型工业化的道路和“信息化带动工业化,工业化促进信息化”的科学发展观,这对自动化科学技术的发展是一个前所未有的战略机遇机遇难得,人才更难得。要发展自动化学科,人才是基础、是关键。高等学校是人才培养的基地,或者说人才培养是高等学校的根本。作为高等学校的领导和教师始终要把人才培养放在第一位,具体对自动化系或自动化学院的领导和教师来说,要时刻想着为国家关键行业和战线培养和输送优秀的自动化技术人才影响人才培养的因素很多,涉及教学改革的方方面面,包括如何拓宽专业口径、优化教学计划、增强教学柔性、强化通识教育、提高知识起5、降低专业重心、加强基础知识、强调专业实践等,其中构建融会贯通紧密配合、有机联系的课程体系,编写有利于促进学生个性发展、培养学生创新能力的教材尤为重要。清华大学吴澄院士领导的《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会,根据自动化学科对自动化技术人才素质与能力的需求,充分吸取国外自动化教材的优势与特点,在全国范围内,以招标方式,组织编写了这套自动化专业系列教材,这对推动高等学校自动化专业发展与人才培养具有重要的意义。这套系列教材的建设有新思路、新机制,适应了高等学校教学改革与发展的新形势,立足创建精品教材,重视实践性环节在人才培养中的作用,采用了竞争机制,以6序瀲励和推动教材建设。在此,我谨向参与本系列教材规划、绢织、编写的老师致以诚挚的感谢,并希望该系列教材在全国高等学校自动化专业人才培养中发挥应有的作用2005年10月于教育部序FOREWORD《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会在对国内外部分大学有关自动化专业的教材做深入调研的基础上,广泛听取了各方面的意见,以招标方式,组织编写了一套面向全国本科生(兼顾研究生)、体现自动化专业教材整体规划和课程体系、强调专业基础和理论联系实际的系列教材,自2006年起将陆续面世。全套系列教材共50多本,涵盖了自动化学科的主要知识领域,大部分教材都配置了包括电子教案、多媒体课件、习题辅导、课程实验指导书等立体化教材配件。此外,为强调落实“加强实践教育,培养创新人才”的教学改革思想,还特别规划了一组专业实验教程,包括《自动控制原理实验教程》、《运动控制实验教程》、《过程控制实验教程》、《检测技术实验教程》和《计算机控制系统实验教程》等。自动化科学技术是一门应用性很强的学科,面对的是各种各样错综复杂的系统,控制对象可能是确定性的,也可能是随机性的;控制方法可能是常规控制,也可能需要优化控制。这样的学科专业人才应该具有什么样的知识结构,又应该如何通过专业教材来体现,这正是“系列教材编审委员会”规划系列教材时所面临的问题。为此,设立了《自动化专业课程体系结构研究》专项研究课题,成立了由清华大学萧德云教授负责,包括清华大学、上海交通大学、西安交通大学和东北大学等多所院校参与的联合研究小组,对自动化专业课程体系结构进行深入的研究,提出了按“控制理论与工程、控制系统与技术、系统理论与工程、信息处理与分析、计算机与网络、软件基础与工程、专业课程实验”等知识板块构建的课程体系结构。以此为基础,组织规划了一套涵盖几十门自动化专业基础课程和专业课程的系列教材。从基础理论到控制技术,从系统理论到工程实践,从计算机技术到信号处理,从设计分析到课程实验,涉及的知识单元多达数百个、知识点几千个,介入的学校50多所,参与的教授120多人,是一项庞大的系统工程。从编制招标要求、公布招标公告,到组织投标和评审,最后商定教材大纲,凝聚着全国百余名教授的心血,为的是编写出版一套具有一定规模、富有特色的、既考虑研究型大学又考虑应用型大学的自动化专业创新型系列教材。然而,如何进一步构建完善的自动化专业教材体系结构?如何建设序基础知识与最新知识有机融合的教材?如何充分利用现代技术,适应现代大学生的接受习惯,改变教材单一形态,建设数字化、电子化、网络化等多元形态、开放性的“广义教材”?等等,这些都还有待我们进行更深入的研究本套系列教材的出版,对更新自动化专业的知识体系、改善教学条件、创造个性化的教学环境,一定会起到积极的作用。但是由子受各方面条件所限,本套教材从整体结构到每本书的知识组成都可能存在许多不当甚至谬误之处,还望使用本套教材的广大教师、学生及各界人十不吝批评指正。关院2005年10月于清华大学言PREFAC上控制学科中很多问题实际上就是应用数学问题,而控制学科的发展又催生了许多新的数学分支和方法,所以,利用一种强大的计算机数学语言来统一处理控制中的数学问题,对控制科学领域的学生与学者都有很积极的意义。这一方面可以从一个不同于以往的角度全面地认识控制理论,重新思考以往该学科中被忽视的实现问题,也有助于研究者借助计算机提供的强大功能探索新的知识,拓展新的研究方向。另一个方面,可以用简单的语句构造文献中的或自己提出的新方法,避免繁杂和极易出错的底层编程,用简洁的方式研究控制学科中的问题。比如说,在传统的控制学科中,连续系统的稳定性通常被建议采用 Routh判据来判定,而离散系统应该采用更复杂的Jury表来判定,当然,这样的方法在控制理论的发展过程中起了里程碑式的作用,但随着计算机的发展和软件的进步,直接求取系统极点将比上述间接表格直观得多也容易得多,所以应该从观念上做出与时俱进的全面更新。另一个例子,纵观控制学科的文章会发现,诸多论著均声称提出的控制器效果优于工业上最常用的PID控制器,然而比较的PID控制器对象常用的是20世纪40年代提出的传统Ziegler- Nichols控制器,这样的比较当然有欠公允。所以从性能比较方面应该和效果最好的PI控制器相比较,才能得出有说服力的结论。但如何获得最好的PID控制器呢?如果不借助于强大的计算机工具是难以获得最好的PID控制器的,所以应该考虑与应用数学中的最优化问题求解结合起来,设定某些指标,然后用求解最优化的方法将最优控制器设计出来。要做到这一点,如果不掌握强大的计算机数学语言是不行的。十年前,作者的著作《控制系统计算机辅助设计— MATLAB语言与应用》由清华大学出版社出版。该书受到很多专家学者的关注,并被公认为国内关于 MATLAB语言方面书籍中出版最早、影响最广的著作。该书被国内期刊文章和著作引用数千次,被数万篇硕士博士论文引用,为我国高校师生和研究人员认识和掌握 MATLAB语言,并用其解决控制领域各种各样的数学问题,受到各个层次读者的普遍欢迎10前本书继承了作者早期几部著作的优点,从使用者的角度出发,并结合作者数年的实际编程经验和丰富的教学经验,系统地介绍各个数学分支中经典问题的MATLAB求解,并将系统地介绍控制中问题的求解。其中一些内容取材于作者在清华大学出版社出版的其他两部著作《高等应用数学问题的 MATLAE求解》和《控制系统计算机辅助设计一 MATLAB语言与应用》(第二版),侧重数学问题在控制学科应用的特殊性,从结构上和叙述上做了大幅度的改进和整合,扩充了大量新的内容,将尤其适合于控制学科高年级本科生和研究生使用。本书酝酿和写作过程中获得了控制界很多前辈、同行、朋友和学牛的建议作者特别感谢 Sussex大学的 Derek p atherton教授、杨泰澄博士,东北大学任兴权教授、徐心和教授、刘建昌教授、井元伟教授、石海滨副教授,中科院系统科学研究院的韩京清研究员,清华大学郑大钟教授、胡东成教授、孙增圻教授、萧德云教授、王雄教授,哈尔滨工业大学马广富教授,北京交通大学朱衡君教授,新加坡国立大学葛树志教授, he math works公司的 Liang Jinsong博士。东北大学潘峰、高道祥、赵春娜博士,博士生陈大力、鄂大志、张雪峰、翟春艳、曾静同学硕士生熊琨等为本书部分内容的编写和软件设计做出了一定的工作。本书承蒙东北大学张庆灵教授主审,并得到许多建设性建议。本书编写过程中一直得到本系列教材编委会副主任、清华大学萧德云教授和清华大学出版社前总编蔡鸿程老师的关注与帮助,本书的出版还得到了美国 The math works公司图书计划的支持,在此表示谢意,并特别感谢 Noani fernandez女士、 CourtneyEsposito女士、 Liz salett女士为作者提供的帮助由于作者水平所限,书中的缺点和错误在所难免,欢迎读者批评指教。著者2007年2月教师反馈表感谢您购买本书!清华大学出版社计算机与信息分社专心致力于为广大院校电子信息类及相关专业师生提供优质的救学用书及辅助教学资源,我们十分重视对广大教师的服务,如果您确认将本书作为指定教材,请您务必填好以下表格并经系主任笭字盖章后寄回我们的联系地址,我们将免费向您提供有关本书的其他教学资源您需要教辅的教材您的姓名院系院/校您所教的课程名称学生人数/所在年级人234硕士博士学时/学期学时学期您目前采用的教材仵者书名出版社您准备何时川此书授课通信地址邮政编码联系电话E-mail您对本书的意见/建议系主任答字盖章我们的联系地址;清华大学出版社学研大厦A602,A604室邮编:100084Tcl:10-62770l75-4409,3208ax:010-62770278E-mail: liuliCatup tsinghua. edu. cn; hanh@ tup, tsinghua. edu. cn目录CONTENTS第1章数学话言及其在控制中的应用概述1.1数学问题计算机求解概述11.1为什么要学习计算机数学语言1.12数学问题的解析解与数值解11.3数学运算问题软件包发展概述1.14代表性计算机数学语言12控制领域对数学问题的依赖.1.2.1控制领域计算机软件包发展概述235557122 MATLAB和其他话言在控制领域应用的比较1.2.3控制中的数学问题124依赖计算机数学语言的控制研究新观念1.3 MATLAB语言预备知识78991.3.1 MATLAB语言简介1.32基本数据类型与基本语句结构1.3.3流程控制结构简介11134 MATLAB语言和C语言的对比实例121.3.5图形绘制131.3.6联机帮助信息1314本书框架设计及内容安排141.5习题与思考题15参考文献17第2章微积分与积分变换的计算机求解1921微积分与矩阵微积分运算2021.1极限问题的解析解2021.2微分运算的 MATLAB求解21213积分运算2522 Laplace变换及反变换27
