目錄
前言
D11章控制繫統一般概念1
1.1引言1
1.2控制科學與控制論、繫統論、信息論2
1.3自動控制的發展2
1.4自動控制繫統分類和組成4
1.4.1自動控制的有關概念4
1.4.2自動控制繫統分類4
1.4.3開環控制繫統與閉環控制繫統5
1.4.4恆值控制繫統和伺服繫統7
1.5閉環控制繫統的基本組成8
1.6現代控制繫統實例10
1.7對控制繫統的基本要求14
1.8典型控制輸入信號或者測試信號15
習題17
D12章控制繫統的數學模型20
2.1控制繫統的微分方程20
2.1.1控制繫統微分方程的建立20
2.1.2非線性繫統的線性近似24
2.2控制繫統的傳遞函數27
2.2.1傳遞函數的定義27
2.2.2常件的傳遞函數32
2.3控制繫統的頻率特性33
2.3.1頻率特性的基本概念33
2.3.2頻率特性的幾何表示方法35
2.4控制繫統的狀態空間模型37
2.4.1狀態變量與狀態空間37
2.4.2狀態空間表達式37
2.4.3各數學模型間的相互轉換40
2.5控制繫統的結構圖與信號流圖46
2.5.1控制繫統的結構圖46
2.5.2控制繫統的信號流圖51
2.6典型控制繫統的數學模型54
2.7拉普拉斯變換57
2.7.1拉普拉斯變換的定義57
2.7.2拉普拉斯變換的常用定理58
2.7.3拉普拉斯逆變換61
2.7.4利用拉普拉斯變換法求解微分方程64
習題65
D13章時域分析法70
3.1控制繫統的時域響應和時域性能指標70
3.1.1控制繫統的時域響應70
3.1.2控制繫統的時域性能指標70
3.2線性繫統的動態性能分析71
3.2.1一階繫統的動態性能分析71
3.2.2二階繫統的動態性能分析76
3.2.3高階繫統的動態性能近似分析88
3.3線性繫統的穩定性分析90
3.3.1繫統穩定性的基本概念90
3.3.2線性定常繫統穩定的充要條件91
3.3.3勞斯判據92
3.4線性繫統的穩態性能分析98
3.4.1誤差及穩態誤差98
3.4.2繫統穩態誤差的一般性分析101
3.4.3利用前饋控制減小或消除穩態誤差的方法107
3.5PID控制器設計112
3.5.1PID控制原理及形式113
3.5.2PID參數整定方法115
3.5.3時域法的設計實例121
習題125
D14章根軌跡法132
4.1根軌跡法的基本概念132
4.1.1根軌跡的基本概念132
4.1.2根軌跡與繫統性能關繫分析133
4.1.3根軌跡方程134
4.2繪制根軌跡的一般方法136
4.2.1180°根軌跡(常規根軌跡)136
4.2.20°根軌跡147
4.2.3參數根軌跡148
4.3根軌跡法設計實例150
習題156
D15章頻率響應法159
5.1控制繫統的頻率響應159
5.1.1頻率響應的概念159
5.1.2利用頻率響應的概念求穩態輸出161
5.2開環極坐標圖163
5.2.1典型環節的極坐標圖163
5.2.2開環傳遞函數的極坐標圖繪制168
5.3開環Bode圖171
5.3.1典型環節的Bode圖171
5.3.2開環傳遞函數的Bode圖繪制176
5.3.3用Matlab繪制繫統的Bode圖180
5.3.4*小相角和非*小相角繫統182
5.4頻域穩定判據184
5.4.1Nyquist穩定判據的數學基礎185
5.4.2對數頻域穩定判據191
5.4.3頻域穩定裕度192
5.5頻域性能指標194
5.6用Matlab分析繫統穩定性198
5.7校正補償及設計202
5.7.1典型補償環節202
5.7.2補償設計實例204
習題210
D16章線性離散繫統分析216
6.1離散繫統的基本概念216
6.1.1采樣控制繫統216
6.1.2數字控制繫統218
6.1.3離散控制繫統的特點219
6.2信號采樣與保持220
6.2.1信號采樣220
6.2.2零階保持器221
6.3z變換理論221
6.3.1z變換定義221
6.3.2z變換方法222
6.3.3z變換的基本性質223
6.3.4z反變換224
6.4離散繫統的數學模型226
6.4.1線性常繫數差分方程及其解法226
6.4.2脈衝傳遞函數229
6.4.3開環繫統脈衝傳遞函數231
6.4.4閉環繫統脈衝傳遞函數233
6.5離散繫統的性能分析235
6.5.1穩定性分析235
6.5.2離散繫統的穩態誤差238
6.6離散繫統的數字PID控制241
習題243
D17章狀態反饋繫統設計246
7.1繫統的可控性與可觀性246
7.1.1繫統的可控性246
7.1.2繫統的可觀性247
7.1.3繫統的可控性與可觀性判據248
7.2用狀態反饋配置閉環繫統的極點249
7.2.1狀態反饋與極點配置250
7.2.2用Matlab工具箱進行控制律設計251
習題254
D18章非線性控制繫統分析257
8.1引言257
8.2非線性控制繫統概述257
8.2.1非線性繫統的特點257
8.2.2非線性繫統的分析與設計方法260
8.3常見非線性特性及其對繫統性能的影響260
8.4描述函數法265
8.4.1描述函數的基本概念265
8.4.2典型非線性特性描述函數267
8.4.3非線性繫統的簡化272
8.4.4描述函數法進行非線性繫統分析275
8.5非線性控制繫統仿真實例279
習題282
D19章現代控制繫統案例分析285
9.1磁懸浮球控制繫統285
9.1.1磁懸浮球繫統的結構和工作機理285
9.1.2磁懸浮球的數學模型285
9.1.3磁懸浮球的PID控制286
9.2彩色顯像管廠玻璃窯爐控制繫統288
9.2.1玻璃窯爐結構與工作原理288
9.2.2玻璃窯爐的溫度控制289
9.3煉油廠蒸餾塔加熱爐純滯後溫度控制繫統293
9.3.1石油分餾加工流程簡介293
9.3.2加熱爐數學模型的建立294
9.3.3加熱爐溫度繫統的PID控制算法設計與研究294
9.4四旋翼飛行器視覺跟蹤控制繫統297
9.4.1四旋翼飛行器的結構和飛行原理297
9.4.2四旋翼俯仰方向飛行器模型的建立和PID控制299
附錄中英文術語對照301
參考文獻304