目錄
前言
第1章 緒論 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成 (2)
1.3 自動(dòng)控制的基本原理 (4)
1.3.1 反饋控制 (4)
1.3.2 順饋控制 (5)
1.4 控制系統(tǒng)的分類 (6)
1.4.1 恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng) (6)
1.4.2 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng) (6)
1.4.3 定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng) (7)
1.4.4 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng) (7)
1.5 控制系統(tǒng)的性能和典型測(cè)試信號(hào) (8)
1.5.1 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 (8)
1.5.2 控制系統(tǒng)中常用的典型測(cè)試信號(hào) (9)
習(xí)題 (11)
第2章 控制系統(tǒng)的輸入-輸出模型 (13)
2.1 引言 (13)
2.2 列寫輸入-輸出運(yùn)動(dòng)方程 (14)
2.2.1 機(jī)械系統(tǒng) (14)
2.2.2 電路系統(tǒng) (18)
2.2.3 機(jī)電系統(tǒng) (19)
2.2.4 液位系統(tǒng) (20)
2.3 傳遞函數(shù)與系統(tǒng)框圖 (22)
2.3.1 傳遞函數(shù) (22)
2.3.2 方框圖及系統(tǒng)的連接 (25)
2.3.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) (29)
2.3.4 方框圖化簡(jiǎn) (34)
2.4 信號(hào)流圖與梅森公式 (37)
2.4.1 信號(hào)流圖 (37)
2.4.2 梅森公式 (40)
2.5 頻率特性函數(shù) (42)
2.5.1 頻率特性函數(shù)的定義 (42)
2.5.2 頻率特性的圖示方法 (44)
2.5.3 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 (49)
2.5.4 開環(huán)系統(tǒng)頻率特性圖的繪制 (57)
2.6 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 (64)
2.6.1 采樣控制系統(tǒng) (64)
2.6.2 信號(hào)采樣與恢復(fù) (66)
2.6.3 采樣系統(tǒng)的差分方程描述 (70)
2.6.4 脈沖傳遞函數(shù) (72)
2.7 利用Matlab分析控制系統(tǒng)輸入-輸出模型 (78)
習(xí)題 (82)
第3章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 (89)
3.1 狀態(tài)與狀態(tài)空間 (89)
3.2 狀態(tài)方程和輸出方程 (91)
3.3 狀態(tài)空間模型與輸入-輸出模型之間的關(guān)系 (94)
3.3.1 由狀態(tài)空間模型推導(dǎo)輸入-輸出模型 (94)
3.3.2 由輸入-輸出模型建立狀態(tài)空間模型 (95)
3.4 利用狀態(tài)空間模型求解線性定常系統(tǒng) (102)
3.4.1 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的零輸入響應(yīng) (102)
3.4.2 線性定常系統(tǒng)非齊次狀態(tài)方程的解 (104)
3.4.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計(jì)算 (106)
3.5 離散時(shí)間狀態(tài)空間模型 (115)
3.5.1 采樣系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 (115)
3.5.2 利用狀態(tài)空間方程求解線性離散系統(tǒng) (117)
3.5.3 離散系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及計(jì)算 (119)
3.6 利用Matlab分析狀態(tài)空間模型 (122)
習(xí)題 (124)
第4章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 (128)
4.1 穩(wěn)定性的概念和定義 (128)
4.2 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件 (130)
4.2.1 狀態(tài)空間模型 (130)
4.2.2 輸入-輸出模型 (132)
4.2.3 離散時(shí)間控制系統(tǒng) (135)
4.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù) (137)
4.3.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù) (137)
4.3.2 勞斯-霍爾維茨判據(jù)的應(yīng)用 (143)
4.3.3 離散時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù) (146)
4.4 根軌跡圖及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 (152)
4.4.1 根軌跡圖的基本概念 (152)
4.4.2 幅值條件和幅角條件 (153)
4.4.3 繪制根軌跡的基本法則 (156)
4.4.4 根軌跡圖的繪制及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 (166)
4.5 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) (172)
4.5.1 幅角定理 (173)
4.5.2 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) (177)
4.5.3 開環(huán)系統(tǒng)含有積分環(huán)節(jié)時(shí)奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)的應(yīng)用 (181)
4.5.4 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)在伯德圖中的表示形式 (185)
4.5.5 穩(wěn)定裕度 (187)
4.6 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 (190)
4.6.1 能量函數(shù)與正定函數(shù) (190)
4.6.2 李雅普諾夫第二方法 (192)
4.6.3 線性定常系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 (195)
4.7 利用Matlab進(jìn)行穩(wěn)定性繪圖分析 (197)
習(xí)題 (200)
第5章 控制系統(tǒng)的時(shí)域運(yùn)動(dòng)分析 (206)
5.1 控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng) (206)
5.1.1 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)輸出響應(yīng) (206)
5.1.2 離散時(shí)間系統(tǒng)輸出響應(yīng) (210)
5.2 控制系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析 (211)
5.2.1 瞬態(tài)性能指標(biāo)的定義 (212)
5.2.2 一階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析 (213)
5.2.3 典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析 (216)
5.2.4 高階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析 (238)
5.3 控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析 (240)
5.3.1 控制系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差 (240)
5.3.2 誤差的數(shù)學(xué)模型 (242)
5.3.3 穩(wěn)態(tài)誤差分析與靜態(tài)誤差系數(shù) (243)
5.3.4 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差 (251)
5.3.5 擾動(dòng)輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 (255)
5.3.6 減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施 (258)
5.3.7 離散時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 (259)
5.4 利用Matlab進(jìn)行時(shí)域分析 (263)
5.4.1 Matlab時(shí)域響應(yīng)命令及其應(yīng)用 (264)
5.4.2 用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真 (267)
習(xí)題 (275)
第6章 系統(tǒng)校正方法 (279)
6.1 引言 (279)
6.2 系統(tǒng)校正的根軌跡法 (282)
6.2.1 增加零、極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響 (282)
6.2.2 根軌跡校正舉例 (285)
6.2.3 校正裝置的實(shí)現(xiàn) (290)
6.3 系統(tǒng)校正的頻率特性法 (292)
6.3.1 開環(huán)頻率特性與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系 (292)
6.3.2 頻率特性法校正舉例 (295)
6.4 基本控制規(guī)律分析 (308)
6.4.1 此例控制規(guī)律 (308)
6.4.2 積分控制規(guī)律 (310)
6.4.3 比例加積分控制規(guī)律 (310)
6.4.4 比例加微分控制規(guī)律 (311)
6.4.5 比例加積分加微分控制規(guī)律 (313)
6.4.6 PID控制器的參數(shù)調(diào)整 (314)
6.5 局部反饋校正 (317)
6.6 離散系統(tǒng)的數(shù)字校正 (321)
6.6.1 概述 (321)
6.6.2 離散系統(tǒng)校正的根軌跡法 (321)
6.6.3 離散系統(tǒng)校正的頻域法 (324)
6.6.4 離散系統(tǒng)的最少拍校正法 (327)
習(xí)題 (334)
第7章 線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與設(shè)計(jì) (337)
7.1 特征值規(guī)范型 (337)
7.1.1 對(duì)角線規(guī)范型 (337)
7.1.2 若爾當(dāng)規(guī)范型 (342)
7.2 狀態(tài)能控性 (347)
7.2.1 狀態(tài)能控性定義 (347)
7.2.2 能控性判據(jù) (349)
7.3 狀態(tài)能觀性 (356)
7.3.1 狀態(tài)能觀性定義 (356)
7.3.2 能觀性判據(jù) (357)
7.3.3 對(duì)偶性原理 (360)
7.4 離散時(shí)間系統(tǒng)的能控性和能觀性 (361)
7.5 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解 (362)
7.5.1 按能控性分解 (362)
7.5.2 按能觀性分解 (369)
7.5.3 按能控性和能觀性分解 (372)
7.6 能控規(guī)范型和能觀規(guī)范型 (373)
7.6.1 能控規(guī)范型 (373)
7.6.2 能觀規(guī)范型 (376)
7.6.3 傳遞函數(shù)中零極點(diǎn)對(duì)消的影響 (377)
7.7 狀態(tài)反饋與輸出反饋 (378)
7.7.1 狀態(tài)反饋和輸出反饋的概念 (378)
7.7.2 狀態(tài)反饋和輸出反饋對(duì)系統(tǒng)能控性和能觀性的影響 (380)
7.8 閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置 (381)
7.8.1 極點(diǎn)配置問題 (381)
7.8.2 極點(diǎn)配置定理 (384)
7.8.3 基于輸出反饋的極點(diǎn)配置 (388)
7.8.4 系統(tǒng)鎮(zhèn)定 (389)
7.9 狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì) (393)
7.9.1 全維狀態(tài)觀測(cè)器 (393)
7.9.2 降維觀測(cè)器 (397)
7.10 帶有狀態(tài)觀測(cè)器的反饋控制系統(tǒng) (401)
7.11 利用Matlab進(jìn)行狀態(tài)空間分析和設(shè)計(jì) (406)
習(xí)題 (408)
第8章 非線性控制系統(tǒng) (414)
8.1 非線性控制系統(tǒng)概述 (414)
8.1.1 典型的非線性特性及其對(duì)系統(tǒng)特性的影響 (414)
8.1.2 非線性系統(tǒng)的特點(diǎn) (417)
8.1.3 非線性系統(tǒng)的分析方法 (419)
8.2 描述函數(shù)法 (420)
8.2.1 描述函數(shù)法的一般原理 (420)
8.2.2 典型非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù) (422)
8.2.3 非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法分析 (432)
8.3 相平面法 (441)
8.3.1 相平面法的有關(guān)概念 (441)
8.3.2 相平面圖的繪制方法 (444)
8.3.3 線性系統(tǒng)的相軌跡 (448)
8.3.4 非線性系統(tǒng)相平面分析 (454)
8.4 利用非線性特性改善系統(tǒng)的性能 (465)
8.5 非線性系統(tǒng)的Matlab仿真分析 (468)
習(xí)題 (472)
參考文獻(xiàn) (478)
附錄 Z變換 (479)