Automatic Control Systems

第一章 绪 论 17页
1-1 引言 17页
1-1-1 控制系统的基本组成部分 17页
1-1-2 控制系统应用举例 18页
1-1-3 开环控制系统(无反馈系统) 21页
1-1-4 闭环控制系统(反馈控制系统) 22页
1-2 反馈的含义及其作用 22页
1-2-1 反馈对于总增益的影响 23页
1-2-2 反馈对于稳定性的影响 23页
1-2-3 反馈对于外部干扰或噪声的作用 25页
1-3 反馈控制系统的类型 25页
1-3-1 线性系统与非线性系统 26页
1-3-2 定常与时变系统 26页
1-4 小结 28页
复习题 28页
第二章 数学基础 30页
2-1 引言 30页
2-2 Laplace变换 31页
2-2-1 Laplace变换的定义 31页
2-2-2 Laplace反变换 32页
2-2-3 Laplace变换的基本定理 32页
2-3 通过部分因式展开来求Laplace反变换 35页
2-3-1 部分因式展开 35页
2-4 应用Laplace变换法求解线性常微分方程 38页
2-5 线性系统的脉冲响应与传递函数 40页
2-5-1 脉冲响应 41页
2-5-2 单输入单输出系统的传递函数 41页
2-5-3 多变量系统的传递函数 42页
2-6 MATLAB工具和案例分析 44页
2-6-1 传递函数工具箱的介绍及其使用 44页
2-7 小结 54页
复习题 54页
参考文献 54页
习题 55页
附加计算机练习题 56页
第三章 方块图和信号流图 57页
3-1 方块图 57页
3-1-1 控制系统的方块图 58页
3-1-2 方块图和多变量系统传递函数 59页
3-2 信号流图 61页
3-2-1 信号流图的基本元素 61页
3-2-2 信号流图的基本性质 62页
3-2-3 信号流图术语的定义 63页
3-2-4 信号流图代数 64页
3-2-5 反馈控制系统的信号流图 65页
3-2-6 信号流图增益公式 66页
3-2-7 在输出节点与非输入节点间应用增益公式 68页
3-2-8 增益公式在方块图中的应用 68页
3-3 状态图 70页
3-3-1 根据微分方程得到状态图 71页
3-3-2 根据状态图得到传递函数 72页
3-3-3 根据状态图得到状态方程和输出方程 72页
3-4 MATLAB工具和案例分析 74页
3-5 小结 76页
复习题 77页
参考文献 77页
习题 78页
第四章 物理系统的模型 88页
4-1 引言 88页
4-2 电气网络的模型 88页
4-3 机械系统的模型 91页
4-3-1 平移运动 91页
4-3-2 旋转运动 93页
4-3-3 平移运动与旋转运动之间的转换 95页
4-3-4 齿轮传动链 96页
4-3-5 齿隙和死区(非线性特性) 98页
4-4 机械系统的方程 98页
4-5控制系统中的感应器和编码器 103页
4-5-1 电位计 103页
4-5-2 转速计 107页
4-5-3 增量式编码器 109页
4-6 控制系统中的直流电动机 111页
4-6-1 直流电动机的基本操作原理 112页
4-6-2 永磁直流电动机的基本分类 112页
4-6-3 永磁直流电动机的数学模型 114页
4-7 非线性系统的线性化 117页
4-8 具有传输滞后的系统(时滞系统) 121页
4-8-1 通过有理函数近似表达时滞函数 122页
4-9 一个太阳观测系统的例子 123页
4-9-1 坐标系统 124页
4-9-2 误差辨别器 124页
4-9-3 反向放大器 125页
4-9-4 伺服放大器 125页
4-9-5 转速计 125页
4-9-6 直流电动机 125页
4-10 MATLAB工具和案例分析 126页
4-11 小结 126页
复习题 127页
参考文献 127页
习题 128页
第五章 状态变量分析 143页
5-1 引言 143页
5-2 状态方程的向量-矩阵描述 143页
5-3 状态转移矩阵 145页
5-3-1 状态转移矩阵的意义 146页
5-3-2 状态转移矩阵的性质 146页
5-4 状态转移方程 147页
5-4-1 从状态图求状态传递方程 149页
5-5 状态方程与高阶微分方程之间的关系 151页
5-6 状态方程与传递函数之间的关系 153页
5-7 特征方程、特征值和特征向量 155页
5-7-1 特征值 156页
5-7-2 特征向量 157页
5-8 相似变换 159页
5-8-1 相似变换的不变特性 159页
5-8-2 能控标准型(CCF) 160页
5-8-3 能观标准型(OCF) 161页
5-8-4 对角标准型(DCF) 163页
5-8-5 Jordan标准型(JCF) 164页
5-9 传递函数的分解 165页
5-9-1 直接分解 166页
5-9-2 串级分解 169页
5-9-3 并行分解 170页
5-10 控制系统的能控性 172页
5-10-1 能控性的概念 173页
5-10-2 状态能控性的定义 173页
5-10-3 能控性的其他检验方法 174页
5-11 线性系统的能观性 176页
5-11-1 能观性的定义 176页
5-11-2 能观性的其他检验方法 176页
5-12 能控性、能观性和传递函数之间的关系 177页
5-13 能控性和能观性的不变性定理 179页
5-14 实例:磁球悬浮系统 180页
5-15 MATLAB工具和案例分析 183页
5-15-1 状态空间分析工具箱的使用说明 183页
5-15-2 状态空间应用的TFsym工具箱的使用说明 190页
5-15-3 另一个例子 190页
5-16 小结 196页
复习题 197页
参考文献 197页
习题 197页
附加计算机练习题 210页
第六章 线性控制系统稳定性 211页
6-1 引言 211页
6-2 连续时间系统的有界输入、有界输出(BIBO)稳定性 211页
6-2-1 特征方程的根和稳定性之间的关系 212页
6-3 连续时间系统的零输入和渐近稳定性 213页
6-4 稳定性判定方法 214页
6-5 Routh-Hurwitz判据 215页
6-5-1 Routh表格[1] 216页
6-5-2 当 Routh表格提前中止时的特殊情形 217页
6-6 MATLAB工具和案例分析 220页
6-7 小结 223页
复习题 225页
参考文献 225页
习题 225页
附加计算机练习题 229页
复习题答案 229页
第七章 控制系统的时域分析 230页
7-1 连续时间系统的时间响应:引言 230页
7-2 控制系统时间响应的典型测试信号 231页
7-3 单位阶跃响应和时域描述 232页
7-4 稳态误差 233页
7-4-1 线性连续时间控制系统的稳态误差 234页
7-4-2 非线性系统元件产生的稳态误差 244页
7-5 一阶系统的时间响应 245页
7-5-1 直流电动机的转速控制 245页
7-6 典型二阶系统的暂态响应 246页
7-6-1 阻尼比和阻尼因子 248页
7-6-2 自然无阻尼频率 248页
7-6-3 最大超调 251页
7-6-4 延迟时间和上升时间 252页
7-6-5 调节时间 254页
7-7 定位控制系统的时域分析 257页
7-7-1 单位阶跃暂态响应 260页
7-7-2 稳态响应 262页
7-7-3 单位斜坡输入的时间响应 263页
7-7-4 一个三阶系统的时间响应 264页
7-8 传递函数增加零极点的影响 267页
7-8-1 在前向通道传递函数中增加一个极点:单位反馈系统
7-8-2 在闭环传递函数中增加一个极点 268页
7-8-3 在闭环传递函数中增加一个零点 270页
7-8-4 在前向通道传递函数中增加一个零点:单位反馈系统
7-9 传递函数的主导极点 272页
7-9-1 相对阻尼比 273页
7-9-2 基于稳态响应的考虑,忽略次要极点的适当方法 273页
7-10 用低阶系统近似高阶系统:标准方法 274页
7-10-1 近似准则 274页
7-11 MATLAB工具和案例分析 282页
7-12 小结 296页
复习题 296页
参考文献 297页
习题 297页
附加计算机练习题 304页
判断题答案 304页
第八章 根轨迹法 305页
8-1 引言 305页
8-2 根轨迹(RL)的基本性质 306页
8-3 根轨迹的性质 309页
8-3-1K=0和 K=±∞的点 309页
8-3-2 RL的分支数 310页
8-3-3 RL的对称性 310页
8-3-4 RL的渐近线交角:|s|=∞处 RL的行为 310页
8-3-5 渐近线的交点(质心) 311页
8-3-6 实轴上的根轨迹 311页
8-3-7 RL的出射角与入射角 312页
8-3-8 RL与虚轴的交点 312页
8-3-9 RL的分离点(鞍点) 312页
8-3-10 根敏感度[17,18,19] 313页
8-4 根轨迹设计 316页
8-4-1 在G(s)H(s)中增加零极点的影响 316页
8-5 根轨迹族:多参数变化情形 322页
8-6 MATLAB工具与根轨迹 327页
8-7 小结 330页
复习题 330页
参考文献 331页
习题 332页
判断题答案 336页
第九章 频域分析 337页
9-1 引言 337页
9-1-1 闭环系统的频域响应 338页
9-1-2 频域性能指标 339页
9-2 标准二阶系统的Mr、ωr和带宽BW 340页
9-2-1 谐振峰值和谐振频率 340页
9-2-2 带宽 342页
9-3 增加开环传递函数零点的影响 344页
9-4 增加开环传递函数极点的影响 348页
9-5 Nyquist稳定性判据:基础 349页
9-5-1 稳定性问题 349页
9-5-2 环绕和包围的定义 350页
9-5-3 环绕和包围次数 351页
9-5-4 幅角原理 352页
9-5-5 Nyquist曲线 355页
9-5-6 Nyquist判据以及L(s)或 G(s)H(s)图 356页
9-6 具有最小相位传递函数系统的 Nyquist判据 356页
9-6-1 应用 Nyquist判据于非严真的最小相位传递函数 357页
9-7 根轨迹和 Nyquist图的关系 358页
9-8 示例:最小相位传递函数的 Nyquist判据 360页
9-9 增加L(s)的极点和零点对 Nyquist图的形状的影响 364页
9-10 相对稳定性:增益裕量和相位裕量 368页
9-10-1 增益裕量 370页
9-10-2 相位裕量 371页
9-11 用Bode图作稳定性分析 373页
9-11-1 具有纯时滞的系统的Bode图 374页
9-12 Bode图的幅值曲线的斜率与相对稳定性的关系 377页
9-12-1 条件稳定系统 377页
9-13 用幅值-相位曲线进行稳定性分析 380页
9-14 幅值-相位图中的定常M 曲线:Nichols图 381页
9-15 Nichols图应用于非单位反馈系统 387页
9-16 频域中敏感度研究 388页
9-17 MATLAB工具和案例分析 390页
9-18 小结 402页
复习题 403页
参考文献 404页
习题 404页
附加计算机练习题 412页
判断题答案 412页
第十章 控制系统的设计 413页
10-1 引言 413页
10-1-1 设计要求 413页
10-1-2 控制器结构 414页
10-1-3 设计的基本原则 416页
10-2 PD控制器的设计 417页
10-2-1 PD控制的时域分析 419页
10-2-2 PD控制的频域分析 420页
10-2-3 PD控制作用总结 421页
10-3 PI控制器的设计 432页
10-3-1 PI控制的时域分析与设计 434页
10-3-2 PI控制的频域分析与设计 434页
10-4 PID控制器的设计 446页
10-5 相位超前控制器的设计 449页
10-5-1 相位超前控制的时域分析及设计 451页
10-5-2 相位超前控制的频域分析与设计 451页
10-5-3 相位超前补偿的作用 466页
10-5-4 单阶相位超前控制的局限性 467页
10-5-5 多阶相位超前控制器 467页
10-5-6 敏感度考虑 470页
10-6 相位滞后控制器的设计 472页
10-6-1 相位滞后控制的时域分析和设计 472页
10-6-2 相位滞后控制的频域分析和设计 475页
10-6-3 相位滞后控制的作用和局限性 484页
10-7 超前-滞后控制器的设计 484页
10-8 零极点对消设计:陷波滤波器 486页
10-8-1 二阶有源滤波器 488页
10-8-2 频域解释和设计 489页
10-9 前向和前馈控制器 497页
10-10 鲁棒控制系统的设计 498页
10-11 次环反馈控制 507页
10-11-1 速率反馈或转速计反馈控制 507页
10-11-2 含有源滤波器的次环反馈控制 508页
10-12 状态反馈控制 510页
10-13 通过状态反馈进行极点配置设计 512页
10-14 含积分控制的状态反馈 516页
10-15 MATLAB工具和案例分析 522页
10-16 小结 534页
复习题 535页
参考文献 535页
习题 536页
判断题答案 551页
第十一章 虚拟实验室 552页
11-1 引言 552页
11-2 直流电动机响应的重要方面 552页
11-2-1 速度响应、自感效应和扰动-开环响应 553页
11-2-2 直流电动机的速度控制:闭环响应 555页
11-2-3 位置控制 556页
11-3 虚拟实验系统的描述 557页
11-3-1 电动机 557页
11-3-2 位置传感器或速度传感器 558页
11-3-3 功率放大器 558页
11-3-4 接口 558页
11-4 SIMLab和 VirtualLab软件的描述 558页
11-5 仿真和虚拟实验 562页
11-5-1 开环速度 563页
11-5-2 开环正弦输入 565页
11-5-3 速度控制 567页
11-5-4 位置控制 569页
11-6 设计项目 571页
11-7 小结 576页
参考文献 576页
习题 576页
Laplace变换表 579页
译后记 581页