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基于MATLAB/Simulink的嵌入式鲁棒控制系统设计 机械工业 9787111736752 [保加利亚]佩特科·H. 佩特科夫(Petko H. Petkov),[保加利亚]索尼奥·N.斯拉沃夫(Tsonyo N. Slavov),[保加利亚]乔丹·K.克拉列夫(Jordan K. Kralev)
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作者[保加利亚]佩特科·H. 佩特科夫(Petko H. Petkov),[保加利亚]索尼奥·N.斯拉沃夫(Tsonyo N. Slavov),[保加利亚]乔丹·K.克拉列夫(Jordan K. Kralev)
出版社机械工业
ISBN9787111736752
出版时间2023-11
装帧其他
开本其他
定价149元
货号31899529
上书时间2024-06-30
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目录
<br />目 录<br />译者序<br />前言<br />第1章 嵌入式控制系统 1<br />1.1 引言 1<br />1.2 嵌入式控制系统的结构和组成 2<br />1.2.1 典型框图 2<br />1.2.2 A/D和D/A转换 3<br />1.2.3 传感器 4<br />1.2.4 执行器 4<br />1.2.5 处理器 5<br />1.2.6 软件 6<br />1.3 采样和混叠 7<br />1.4 定点运算 9<br />1.4.1 定点数 9<br />1.4.2 缩放 11<br />1.4.3 范围和精度 14<br />1.4.4 定点算术运算 15<br />1.5 浮点运算 17<br />1.5.1 浮点数 17<br />1.5.2 IEEE运算 18<br />1.5.3 浮点算术运算 20<br />1.6 量化效应 20<br />1.6.1 截断和舍入 20<br />1.6.2 A/D转换中的量化误差 22<br />1.7 设计阶段 23<br />1.7.1 控制器设计 25<br />1.7.2 闭环系统仿真 27<br />1.7.3 嵌入式代码生成 28<br />1.8 硬件配置 29<br />1.8.1 微处理架构 29<br />1.8.2 硬件描述语言 32<br />1.8.3 模块级开发 35<br />1.8.4 系统级开发 39<br />1.9 软件配置 42<br />1.9.1 板级支持包 43<br />1.9.2 应用程序接口 44<br />1.9.3 代码生成 45<br />1.9.4 代码验证 47<br />1.10 注释和参考文献 48<br />第2章 系统建模 49<br />2.1 被控对象建模 49<br />2.2 线性化 51<br />2.2.1 解析线性化 51<br />2.2.2 符号线性化 53<br />2.2.3 数值线性化 55<br />2.3 离散化 57<br />2.3.1 离散时间模型 57<br />2.3.2 离散时间频率响应 58<br />2.3.3 连续时间模型的离散化 60<br />2.3.4 时滞系统的离散化 63<br />2.3.5 采样周期的选择 64<br />2.3.6 非线性模型的离散化 65<br />2.4 随机建模 66<br />2.4.1 随机线性系统 66<br />2.4.2 随机模型的离散化 68<br />2.4.3 最优估计 70<br />2.5 被控对象辨识 73<br />2.5.1 黑箱模型辨识 73<br />2.5.2 灰箱模型辨识 86<br />2.6 不确定性建模 90<br />2.6.1 结构化不确定性模型 91<br />2.6.2 LFT表示的不确定性模型 97<br />2.6.3 从Simulink模型导出不确定<br />性状态空间模型 98<br />2.6.4 非结构化不确定性模型 98<br />2.6.5 混合不确定性模型 102<br />2.6.6 不确定性模型的离散化 102<br />2.6.7 通过辨识得出不确定性<br />模型 105<br />2.7 传感器建模 107<br />2.7.1 Allan方差 108<br />2.7.2 随机陀螺模型 109<br />2.7.3 随机加速计模型 114<br />2.7.4 传感器数据滤波 116<br />2.8 注释和参考文献 119<br />第3章 性能要求和设计限制 121<br />3.1 SISO闭环系统 121<br />3.2 SISO系统性能指标 124<br />3.2.1 时域指标 124<br />3.2.2 频域指标 124<br />3.3 SISO系统设计中的折中 127<br />3.3.1 对S和T的限制 127<br />3.3.2 右半平面极点和零点 128<br />3.3.3 时滞引起的限制 129<br />3.3.4 测量噪声引起的限制 130<br />3.3.5 干扰引起的限制 131<br />3.3.6 控制作用引起的限制 131<br />3.3.7 模型误差引起的限制 132<br />3.4 MIMO 闭环系统 138<br />3.5 MIMO系统的性能指标 140<br />3.5.1 使用奇异值进行性能<br />分析 140<br />3.5.2 系统的H∞范数 142<br />3.5.3 Hankel范数 144<br />3.6 MIMO系统设计中的折中 145<br />3.6.1 干扰抑制 145<br />3.6.2 噪声抑制 146<br />3.6.3 模型误差 146<br />3.7 不确定性系统 147<br />3.8 鲁棒稳定性分析 149<br />3.8.1 非结构化不确定性 149<br />3.8.2 结构化奇异值 150<br />3.8.3 使用μ进行鲁棒稳定性<br />分析 151<br />3.9 鲁棒性能分析 154<br />3.9.1 使用μ进行鲁棒性能<br />分析 155<br />3.9.2 最坏情况下的增益 159<br />3.9.3 最坏情况下的裕度 160<br />3.10 鲁棒性分析中的数值问题 161<br />3.11 注释和参考文献 165<br />第4章 控制器设计 166<br />4.1 PID控制器 167<br />4.2 带积分作用的LQG控制器 180<br />4.2.1 离散时间LQG控制器 181<br />4.2.2 有色测量噪声 183<br />4.2.3 带偏置补偿的LQG<br />控制器 192<br />4.3 带H∞滤波器的LQ调节器 199<br />4.3.1 离散时间H∞滤波器 199<br />4.3.2 带偏置补偿的H∞滤波器 204<br />4.4 H∞设计 209<br />4.4.1 H∞设计问题 209<br />4.4.2 混合灵敏度H∞控制 214<br />4.4.3 二自由度控制器 217<br />4.4.4 H∞设计中的数值问题 218<br />4.5 μ综合 227<br />4.5.1 μ综合问题 227<br />4.5.2 用μ的上界替换μ 228<br />4.5.3 DK迭代 230<br />4.5.4 μ综合中的数值问题 231<br />4.6 控制器比较 238<br />4.7 HIL仿真 239<br />4.8 注释和参考文献 245<br />第5章 案例研究1：水箱物理<br />模型的嵌入式控制 246<br />5.1 嵌入式控制系统的硬件配置 247<br />5.1.1 水箱 247<br />5.1.2 Arduino Mega 2560 248<br />5.1.3 分压器 249<br />5.1.4 继电器块 249<br />5.2 被控对象辨识 251<br />5.3 LQR 和 LQG 控制器设计 258<br />5.4 H∞控制器设计 262<br />5.5 实验评估 266<br />5.6 注释和参考文献 273<br />第6章 案例研究2：微型直升机<br />的鲁棒制 274<br />6.1 直升机模型 275<br />6.1.1 非线性直升机模型 275<br />6.1.2 线性化模型 280<br />6.1.3 不确定性模型 285<br />6.2 姿态控制器的μ综合 286<br />6.2.1 性能要求 287<br />6.2.2 控制器设计 289<br />6.2.3 频率响应 293<br />6.2.4 线性系统的暂态响应 298<br />6.2.5 位置控制器设计 299<br />6.3 HIL仿真 300<br />6.3.1 非线性系统仿真 301<br />6.3.2 HIL仿真设置 302<br />6.3.3 HIL 仿真结果 304<br />6.4 注释和参考文献 310<br />第7章 案例研究3：两轮机器人<br />的鲁棒控制 311<br />7.1 机器人描述 311<br />7.2 机器人模型的闭环辨识 313<br />7.2.1 从u到.?的动态模型 317<br />7.2.2 从.?到.θ的动态模型 320<br />7.2.3 偏航运动的动态模型 322<br />7.3 不确定性模型的推导 326<br />7.3.1 基于信号的不确定性表示 326<br />7.3.2 输入乘性不确定性表示 326<br />7.4 LQG控制器设计 329<br />7.5 μ控制器设计 333<br />7.6 设计控制器的比较 336<br />7.7 实验评估 339<br />7.8 注释和参考文献 344<br />附录A 矩阵分析基础 346<br />附录B 线性系统理论基础 354<br />附录C 随机过程 361<br />附录D 线性模型辨识 372<br />附录E IMU与目标微控制器的<br />接口 393<br />附录F 用霍尔编码器测量角<br />速度 399<br />参考文献 404<br /><br />
内容摘要
本书面向现代控制理论在高性能控制律开发中的应用，主要基于MATLAB和Simulink编程环境，介绍如何设计并实现嵌入式鲁棒控制系统。书中包含许多重要的示例，用以说明理论结果的实际实现。
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