目 錄
第1章 緒論 1
1.1 控制理論的基本概念 1
1.2 控制理論的基本內(nèi)容 4
1.3 控制系統(tǒng)的分類 6
1.4 對控制系統(tǒng)的要求 9
1.4.1 典型輸入信號 9
1.4.2 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 11
1.5 控制理論的發(fā)展簡史 13
1.6 控制理論在現(xiàn)代兵器中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 17
習(xí)題 18
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 20
2.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念 20
2.2 控制系統(tǒng)的動態(tài)微分方程 22
2.2.1 典型元部件的微分方程 22
2.2.2 控制系統(tǒng)微分方程的建立 25
2.2.3 線性定常微分方程的求解 27
2.2.4 非線性微分方程的線性化 28
2.3 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 31
2.3.1 傳遞函數(shù)的基本概念 31
2.3.2 火炮隨動系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 33
2.4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖和信號流圖 35
2.4.1 結(jié)構(gòu)框圖的基本概念 35
2.4.2 信號流圖的基本概念 38
2.4.3 飛航導(dǎo)彈縱向控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 40
2.4.4 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 43
2.5 基于Matlab編程建立艦炮隨動跟蹤系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 46
習(xí)題 53
第3章 控制系統(tǒng)的時域分析 56
3.1 控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)分析 56
3.1.1 控制系統(tǒng)的時域性能指標(biāo) 57
3.1.2 低階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)分析 59
3.1.3 高階系統(tǒng)的動態(tài)分析與降階 70
3.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差分析 74
3.2.1 穩(wěn)定性的概念與穩(wěn)定判據(jù) 74
3.2.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 80
3.3 身管武器瞄控系統(tǒng)的時域性能分析 86
3.4 導(dǎo)彈橫滾控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計 88
3.4.1 橫滾控制系統(tǒng)設(shè)計要求的分析 89
3.4.2 橫滾控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 90
3.4.3 控制器增益的選取 92
3.5 基于Matlab編程的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)時域分析 95
3.5.1 導(dǎo)彈自動駕駛系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 95
3.5.2 導(dǎo)彈舵回路動態(tài)特性 96
習(xí)題 98
第4章 控制系統(tǒng)的根軌跡分析 101
4.1 根軌跡法的概念和繪制 101
4.2 線性系統(tǒng)根軌跡分析方法 119
4.2.1 主導(dǎo)極點(diǎn)的概念 119
4.2.2 增加開環(huán)零極點(diǎn)對根軌跡的影響 122
4.3 艦載激光武器控制系統(tǒng)的根軌跡分析 123
4.4 用根軌跡法分析魚雷航向控制系統(tǒng) 127
4.5 導(dǎo)彈末彈道速度控制系統(tǒng)設(shè)計 130
4.5.1 控制系統(tǒng)參數(shù)分析 131
4.5.2 控制器參數(shù)設(shè)計 131
習(xí)題 134
第5章 控制系統(tǒng)的頻率特性分析 137
5.1 頻率特性與頻域穩(wěn)定判據(jù) 137
5.1.1 頻率特性的概念 137
5.1.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 140
5.1.3 頻域穩(wěn)定判據(jù) 157
5.2 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性 163
5.2.1 相對穩(wěn)定性 163
5.2.2 穩(wěn)定裕度的求取方法 165
5.3 控制系統(tǒng)頻率特性分析 168
5.3.1 開環(huán)頻率特性分析 168
5.3.2 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo) 170
5.4 導(dǎo)彈縱向控制系統(tǒng)的頻率特性分析 176
5.4.1 俯仰角穩(wěn)定回路頻域特性分析 176
5.4.2 高度穩(wěn)定回路頻率特性分析 178
5.5 魚雷縱傾控制系統(tǒng)的頻率特性分析 180
習(xí)題 186
第6章 反饋控制系統(tǒng)校正設(shè)計 188
6.1 校正的基本概念與常用校正網(wǎng)絡(luò) 188
6.1.1 校正的基本概念 189
6.1.2 常用校正網(wǎng)絡(luò)及其特性 193
6.2 控制系統(tǒng)校正方法 200
6.2.1 串聯(lián)校正 200
6.2.2 期望頻率特性法校正 207
6.2.3 反饋校正 213
6.3 Matlab輔助魚雷航向控制系統(tǒng)校正設(shè)計 215
6.4 身管武器瞄控系統(tǒng)的對數(shù)頻率特性綜合設(shè)計 220
6.4.1 系統(tǒng)動態(tài)性能分析 220
6.4.2 PID控制器設(shè)計 221
6.5 魚雷橫滾角穩(wěn)定系統(tǒng)校正設(shè)計 223
6.5.1 魚雷橫滾特性及性能要求 223
6.5.2 具有阻尼回路的橫滾穩(wěn)定系統(tǒng) 225
6.5.3 具有超前校正網(wǎng)絡(luò)的橫滾穩(wěn)定系統(tǒng) 227
6.5.4 設(shè)計超前校正網(wǎng)絡(luò) 229
習(xí)題 231
第7章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 234
7.1 狀態(tài)空間和狀態(tài)方程 234
7.1.1 狀態(tài)空間描述的基本概念 234
7.1.2 狀態(tài)空間模型的狀態(tài)變量圖描述 240
7.2 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型變換 243
7.2.1 狀態(tài)向量的線性變換 243
7.2.2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換 249
7.2.3 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣 262
7.3 線性系統(tǒng)動態(tài)分析 266
7.3.1 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解 266
7.3.2 線性時變系統(tǒng)狀態(tài)方程的解 276
7.4 水下航行器的深度控制系統(tǒng)分析 280
7.4.1 深度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 281
7.4.2 穩(wěn)定性分析 282
7.4.3 系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析 283
習(xí)題 285
第8章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析 287
8.1 線性系統(tǒng)能控性和能觀測性的概念 287
8.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)能控性判據(jù)和能觀測性判據(jù) 291
8.3 線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解 306
8.4 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 316
8.4.1 李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性問題 317
8.4.2 李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 320
習(xí)題 330
第9章 狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器設(shè)計 331
9.1 狀態(tài)反饋與輸出反饋 331
9.2 反饋控制對能控性與能觀測性的影響 333
9.3 閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)配置 335
9.3.1 采用狀態(tài)反饋配置閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn) 336
9.3.2 采用線性非動態(tài)輸出反饋至參考輸入配置閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn) 339
9.3.3 鎮(zhèn)定問題 340
9.4 狀態(tài)觀測器 341
9.4.1 全維觀測器的構(gòu)造思想 341
9.4.2 閉環(huán)觀測器極點(diǎn)配置 343
9.4.3 降維觀測器 346
9.5 采用狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng) 351
9.6 解耦控制 356
9.7 線性控制系統(tǒng)理論的工程應(yīng)用舉例 361
9.7.1 穩(wěn)態(tài)精度與跟蹤問題 361
9.7.2 倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計 363
9.7.3 基于狀態(tài)空間綜合法的魚雷航向控制系統(tǒng)設(shè)計實(shí)例 368
習(xí)題 373
第10章 最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計 375
10.1 最優(yōu)控制的概念與數(shù)學(xué)描述 375
10.2 無約束最優(yōu)控制的變分方法 379
10.2.1 古典變分法 379
10.2.2 具有二次型性能指標(biāo)的線性調(diào)解器 381
10.2.3 具有二次型性能指標(biāo)的線性伺服器 390
10.3 導(dǎo)彈制導(dǎo)中的二次型最優(yōu)控制 394
10.4 極小值原理 397
10.5 航行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的最小時間控制問題 400
10.6 導(dǎo)彈燃料消耗最少控制問題 407
習(xí)題 410
參考文獻(xiàn) 411