目錄
第1章 緒論 1
1.1 機(jī)械工程的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用 1
1.2 機(jī)械工程自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 2
1.2.1 機(jī)械裝置產(chǎn)生的自動控制作用 2
1.2.2 工作臺位置自動控制系統(tǒng) 3
1.2.3 工作臺速度自動控制系統(tǒng) 8
1.2.4 機(jī)械自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和基本變量 9
1.3 機(jī)械自動控制系統(tǒng)的分類 10
1.4 對自動控制系統(tǒng)的基本要求 11
習(xí)題 12
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 17
2.1 系統(tǒng)微分方程的建立 17
2.2 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化 20
2.3 拉普拉斯變換 22
2.3.1 復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù) 22
2.3.2 拉普拉斯變換 23
2.3.3 典型時(shí)間函數(shù)的拉普拉斯變換 23
2.3.4 拉普拉斯變換的基本性質(zhì) 25
2.3.5 拉普拉斯反變換 28
2.4 傳遞函數(shù) 30
2.4.1 傳遞函數(shù)的定義 30
2.4.2 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 31
2.5 系統(tǒng)方框圖和信號流圖 35
2.5.1 系統(tǒng)方框圖的組成 35
2.5.2 環(huán)節(jié)的基本連接方式 35
2.5.3 方框圖的變換與簡化 37
2.5.4 系統(tǒng)的信號流圖及梅森公式 39
2.6 工作臺位置自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 43
習(xí)題46
第3章 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法 52
3.1 典型輸入信號 52
3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 53
3.2.1 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) 54
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 54
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng) 55
3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 55
3.3.1 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) 56
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 57
3.3.3 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng) 58
3.3.4 二階系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性能指標(biāo) 59
3.3.5 二階系統(tǒng)計(jì)算舉例 61
3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析 62
3.5 工作臺位置自動控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 64
習(xí)題66
第4章 控制系統(tǒng)的頻域分析法 69
4.1 頻率特性概述 69
4.1.1 頻率特性的基本概念 69
4.1.2 頻率特性的求法 70
4.1.3 頻率特性的特點(diǎn)和作用 72
4.2 典型環(huán)節(jié)頻率特性的奈奎斯特圖 73
4.2.1 奈奎斯特圖的概念 73
4.2.2 典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特圖 73
4.3 系統(tǒng)奈奎斯特圖的畫法 78
4.4 典型環(huán)節(jié)頻率特性的伯德圖 80
4.4.1 伯德圖的概念 80
4.4.2 典型環(huán)節(jié)的伯德圖 81
4.4.3 繪制系統(tǒng)伯德圖的步驟 87
4.5 頻域性能指標(biāo) 88
4.6 最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng) 89
4.7 工作臺位置自動控制系統(tǒng)的頻域分析 90
習(xí)題92
第5章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 95
5.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念及穩(wěn)定條件 95
5.2 代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù) 96
5.2.1 赫爾維茨判據(jù) 96
5.2.2 勞斯判據(jù) 98
5.3 幾何穩(wěn)定性判據(jù) 103
5.3.1 幅角原理 103
5.3.2 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) 104
5.3.3 含有積分環(huán)節(jié)和延時(shí)環(huán)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 106
5.3.4 根據(jù)伯德圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性 108
5.4 系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性 111
5.5 工作臺位置自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 113
習(xí)題114
第6章 控制系統(tǒng)的根軌跡分析法 117
6.1 根軌跡與系統(tǒng)特性 117
6.2 根軌跡的幅值條件和相角條件 118
6.3 繪制根軌跡的基本規(guī)則 119
6.4 應(yīng)用MATLAB繪制根軌跡 125
6.4.1 MATLAB基礎(chǔ) 125
6.4.2 應(yīng)用MATLAB繪制根軌跡 126
6.5 工作臺位置自動控制系統(tǒng)的根軌跡分析 131
習(xí)題132
第7章 控制系統(tǒng)的誤差分析和計(jì)算 134
7.1 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念 134
7.1.1 偏差和誤差 134
7.1.2 穩(wěn)態(tài)誤差 135
7.2 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算 135
7.2.1 系統(tǒng)的類型 135
7.2.2 系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù) 136
7.2.3 靜態(tài)誤差系數(shù) 137
7.2.4 用伯德圖確定誤差系數(shù) 141
7.2.5 擾動引起的誤差 142
7.3 減小穩(wěn)態(tài)誤差的途徑 144
7.4 動態(tài)誤差系數(shù) 146
7.5 工作臺位置自動控制系統(tǒng)的誤差分析 147
習(xí)題147
第8章 控制系統(tǒng)性能校正 151
8.1 概述 151
8.2 系統(tǒng)的性能指標(biāo) 152
8.3 系統(tǒng)閉環(huán)零點(diǎn)？極點(diǎn)的分布與系統(tǒng)性能的關(guān)系 153
8.3.1 系統(tǒng)單位階躍輸入響應(yīng) 153
8.3.2 閉環(huán)零點(diǎn)？極點(diǎn)的分布與系統(tǒng)性能的關(guān)系 154
8.3.3 利用主導(dǎo)極點(diǎn)估計(jì)系統(tǒng)性能指標(biāo) 154
8.4 并聯(lián)校正 156
8.4.1 反饋校正 156
8.4.2 順饋校正 157
8.5 串聯(lián)校正 157
8.5.1 伯德定理簡介及應(yīng)用 158
8.5.2 相位超前校正 158
8.5.3 相位滯后校正 162
8.5.4 相位滯后超前校正 164
8.6 控制器類型 166
8.6.1 比例控制器(P) 167
8.6.2 比例積分控制器(PI) 167
8.6.3 比例微分控制器(PD) 167
8.6.4 比例積分微分控制器(PID) 168
8.6.5 有源相位超前控制器 170
8.6.6 有源相位滯后控制器 170
8.6.7 有源相位滯后超前控制器 171
8.7 按希望特性設(shè)計(jì)控制器 171
8.7.1 典型Ⅰ型系統(tǒng)(二階希望特性系統(tǒng)) 171
8.7.2 典型Ⅱ型系統(tǒng)(三階希望特性系統(tǒng)) 174
8.7.3 按希望特性設(shè)計(jì)控制器的圖解法 176
8.7.4 按希望特性設(shè)計(jì)控制器的直接法 178
8.8 工作臺位置自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 180
習(xí)題181
第9章 離散控制系統(tǒng) 186
9.1 離散控制系統(tǒng)概述 186
9.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 186
9.1.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D) 187
9.1.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)換(D/A) 187
9.2 Z變換和Z反變換 188
9.2.1 Z變換的定義 188
9.2.2 Z變換的性質(zhì) 190
9.2.3 Z反變換 190
9.3 離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 191
9.3.1 離散傳遞函數(shù)的求法 192
9.3.2 開環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù) 193
9.3.3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù) 194
9.4 離散系統(tǒng)的z域分析 194
9.4.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 194
9.4.2 極點(diǎn)分布與瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)系 196
9.4.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 197
9.5 離散系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì) 198
9.5.1 模擬化設(shè)計(jì)法 198
9.5.2 離散設(shè)計(jì)法 199
9.5. 3PID數(shù)字控制器 200
習(xí)題202
第10章 現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ) 204
10.1 系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的建立 204
10.2 系統(tǒng)的傳遞矩陣 207
10.3 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解法 208
10.4 線性系統(tǒng)的可控性與可觀測性 211
10.4.1 線性系統(tǒng)的可控性 211
10.4.2 線性系統(tǒng)的可觀測性 213
10.5 系統(tǒng)的狀態(tài)反饋與輸出反饋 214
10.6 系統(tǒng)極點(diǎn)的配置 215
10.7 離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式 216
10.7.1 離散系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的建立 216
10.7.2 離散系統(tǒng)的傳遞矩陣 219
10.8 離散狀態(tài)方程的解 219
10.9 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 221
10.10 離散系統(tǒng)的可控性與可觀測性 221
習(xí)題223
第11章 智能控制理論基礎(chǔ) 225
11.1 智能控制的結(jié)構(gòu)理論 225
11.2 學(xué)習(xí)控制系統(tǒng) 225
11.2.1 學(xué)習(xí)控制的發(fā)展 226
11.2.2 學(xué)習(xí)控制的基本原理 226
11.2.3 學(xué)習(xí)控制的應(yīng)用舉例 228
11.3 模糊控制系統(tǒng) 230
11.3.1 模糊控制的理論基礎(chǔ) 230
11.3.2 模糊控制的基本原理 231
11.3.3 模糊控制的應(yīng)用舉例 234
11.4 專家控制系統(tǒng) 239
11.4.1 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 239
11.4.2 專家系統(tǒng)的類型 240
11.4.3 專家控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例 240
11.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 243
11.5.1 人工神經(jīng)元模型 243
11.5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 244
11.5.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法 245
11.5.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用舉例 247
11.6 仿人智能控制 249
11.6.1 仿人智能控制的基本思想 249
11.6.2 仿人智能控制的原型算法
11.6.3 仿人智能控制器設(shè)計(jì)的基本步驟 250
習(xí)題251
參考文獻(xiàn) 252