《物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)》將理論知識講解與工業(yè)應(yīng)用分析相結(jié)合，讓學(xué)生掌握經(jīng)典控制理論的時(shí)域、頻域分析法；了解線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)，Lyapunov穩(wěn)定性分析方法；掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)；在了解物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)控制技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。通過本書的學(xué)習(xí)，學(xué)生獲得自動(dòng)控制的基本原理、基本知識和基本分析方法，正確理解和運(yùn)用自動(dòng)控制的相關(guān)理論，掌握一套比較完整的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，并具備一定的實(shí)驗(yàn)技能，不僅為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，而且直接為解決實(shí)際控制問題提供理論和方法。
前言
緒論1
第1部分經(jīng)典控制理論
第1章自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念13
1.1引言13
1.2開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)14
1.2.1基本概念14
1.2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖15
1.2.3開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制
系統(tǒng)17
1.3對閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本要求19
1.3.1基本概念19
1.3.2對控制系統(tǒng)的基本要求19
1.3.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型21
習(xí)題23
第2章自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型24
2.1數(shù)學(xué)模型及建模的基本概念24
2.1.1動(dòng)態(tài)微分方程的編寫25
2.1.2非線性系統(tǒng)(數(shù)模)的線
性化27
2.1.3運(yùn)動(dòng)方程無量綱化27
2.1.4典型系統(tǒng)微分方程的列寫28
2.2傳遞函數(shù)29
2.3典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)分析31
2.3.1比例環(huán)節(jié)(放大環(huán)節(jié))32
2.3.2慣性環(huán)節(jié)32
2.3.3積分環(huán)節(jié)33
2.3.4微分環(huán)節(jié)34
2.3.5振蕩環(huán)節(jié)35
2.3.6延遲環(huán)節(jié)36
2.4環(huán)節(jié)的連接方式36
2.4.1串聯(lián)36
2.4.2并聯(lián)37
2.4.3反饋37
習(xí)題39
第3章控制系統(tǒng)的時(shí)域分析40
3.1時(shí)域分析法介紹40
3.2時(shí)域性能指標(biāo)40
3.2.1系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)41
3.2.2典型輸入信號41
3.2.3脈沖響應(yīng)函數(shù)42
3.3一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)42
3.3.1單位階躍響應(yīng)43
3.3.2單位斜坡響應(yīng)43
3.3.3單位脈沖響應(yīng)43
3.3.4單位階躍、單位斜坡、單位
脈沖響應(yīng)的關(guān)系43
3.4二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)44
3.4.1二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型44
3.4.2欠阻尼情況下二階系統(tǒng)的動(dòng)
態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算47
3.4.3改善二階系統(tǒng)性能的措施49
3.5高階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和簡化分析49
3.6自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及代數(shù)
判據(jù)50
3.6.1穩(wěn)定性的基本概念50
3.6.2控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件50
3.6.3系統(tǒng)穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)51
3.7控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析56
3.7.1系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的概念56
3.7.2控制系統(tǒng)按開環(huán)結(jié)構(gòu)中積分
環(huán)節(jié)數(shù)分類59
3.7.3給定值輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差
計(jì)算59
3.7.4擾動(dòng)輸入下穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算63
習(xí)題64
第4章控制系統(tǒng)的頻域分析66
4.1頻率特性的基本概念66
4.1.1頻域分析法的基本思想66
4.1.2頻域分析法的特點(diǎn)66
4.1.3頻率特性的定義67
4.2頻率特性的表示方法68
4.2.1頻率特性的解析式方法68
4.2.2頻率特性的圖示方法69
4.3典型環(huán)節(jié)的頻率特性70
4.3.1比例環(huán)節(jié)70
4.3.2積分環(huán)節(jié)71
4.3.3微分環(huán)節(jié)72
4.3.4慣性環(huán)節(jié)73
4.3.5振蕩環(huán)節(jié)74
4.3.6延時(shí)環(huán)節(jié)76
4.4控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性77
4.4.1開環(huán)頻率特性的極坐標(biāo)圖77
4.4.2開環(huán)頻率特性的對數(shù)頻率特
性圖78
4.5控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析79
4.5.1奈奎斯特判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)79
4.5.2奈奎斯特判據(jù)的理論依據(jù)79
4.5.3奈奎斯特判據(jù)80
4.5.4相對穩(wěn)定性81
4.6頻域分析法中的系統(tǒng)性能指標(biāo)83
4.6.1靜態(tài)性能指標(biāo)在奈奎斯特曲線
或伯德曲線上的呈現(xiàn)形式83
4.6.2控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻域指標(biāo)83
4.6.3頻域指標(biāo)的計(jì)算83
習(xí)題87
第5章控制系統(tǒng)的校正方法88
5.1校正的基本概念88
5.1.1控制系統(tǒng)的校正及其思路88
5.1.2設(shè)計(jì)指標(biāo)89
5.1.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)89
5.1.4系統(tǒng)校正的方法90
5.2串聯(lián)校正典型環(huán)節(jié)特性91
5.2.1超前校正環(huán)節(jié)特性91
5.2.2滯后校正環(huán)節(jié)特性91
5.2.3滯后超前校正環(huán)節(jié)特性92
5.3用頻域法設(shè)計(jì)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)92
5.3.1希望的開環(huán)頻率特性92
5.3.2串聯(lián)超前校正的一般步驟92
習(xí)題94
第2部分現(xiàn)代控制理論
第6章系統(tǒng)描述95
6.1狀態(tài)空間表達(dá)式95
6.1.1能控標(biāo)準(zhǔn)形96
6.1.2能觀測標(biāo)準(zhǔn)形97
6.1.3對角線標(biāo)準(zhǔn)形98
6.1.4Jordan標(biāo)準(zhǔn)形98
6.2線性時(shí)不變系統(tǒng)的特征結(jié)構(gòu)99
6.2.1系統(tǒng)矩陣A的特征值99
6.2.2n維系統(tǒng)矩陣的對角線化100
6.2.3特征值的不變性102
6.2.4狀態(tài)變量組的非唯一性102
6.3系統(tǒng)模型之間的相互變換103
6.3.1傳遞函數(shù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表
達(dá)式103
6.3.2由狀態(tài)空間表達(dá)式到傳遞函
數(shù)的變換104
習(xí)題106
第7章線性多變量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)
分析108
7.1線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的解108
7.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)109
7.3向量矩陣分析中的若干結(jié)果110
7.3.1凱萊哈密爾頓定理110
7.3.2最小多項(xiàng)式111
7.4矩陣指數(shù)函數(shù)eAt的計(jì)算111
7.4.1方法一：直接計(jì)算法(矩陣
指數(shù)函數(shù))112
7.4.2方法二：對角線標(biāo)準(zhǔn)形與
Jordan標(biāo)準(zhǔn)形法112
7.4.3方法三：拉氏變換法113
7.4.4方法四：化eAt為A的有限
項(xiàng)法114
習(xí)題116
第8章Lyapunov穩(wěn)定性分析117
8.1引言117
8.2Lyapunov意義下的穩(wěn)定性問題117
8.2.1平衡狀態(tài)、給定運(yùn)動(dòng)與擾動(dòng)
方程的原點(diǎn)118
8.2.2Lyapunov意義下的穩(wěn)定性
定義118
8.2.3預(yù)備知識120
8.3Lyapunov穩(wěn)定性理論122
8.3.1Lyapunov第一法122
8.3.2Lyapunov第二法123
8.3.3線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與非線性
系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較126
8.4線性定常系統(tǒng)的Lyapunov穩(wěn)定性
分析126
習(xí)題130
第9章線性多變量系統(tǒng)的綜合
與設(shè)計(jì)132
9.1引言132
9.1.1問題的提法132
9.1.2性能指標(biāo)的類型133
9.1.3研究綜合問題的主要內(nèi)容133
9.1.4工程實(shí)現(xiàn)中的一些理論問題134
9.2極點(diǎn)配置問題134
9.2.1問題的提法134
9.2.2可配置條件135
9.2.3極點(diǎn)配置的算法138
9.2.4低階系統(tǒng)的極點(diǎn)配置問題139
習(xí)題139
第3部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
第10章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述140
10.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成140
10.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)141
10.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式142
10.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方式144
習(xí)題144
第11章常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)145
11.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)145
11.2PID控制148
11.2.1PID控制算法148
11.2.2數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)150
11.2.3數(shù)字PID控制參數(shù)整定153
11.3純滯后系統(tǒng)控制155
11.3.1大林算法156
11.3.2史密斯預(yù)估算法158
11.4最少拍控制16011.4.1史密斯預(yù)估算法160
11.4.2最少拍控制器設(shè)計(jì)161
11.4.3最少拍無紋波控制163
習(xí)題163
第12章分散性測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)165
12.1分散控制系統(tǒng)165
12.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)167
12.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)167
習(xí)題170
第13章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
與實(shí)施171
13.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
原則171
13.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
步驟173
習(xí)題175
第4部分無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的控制技術(shù)
第14章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的
控制技術(shù)176
14.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述176
14.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)176
14.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征177
14.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由控制
技術(shù)178
14.2.1路由協(xié)議的分類179
14.2.2能量感知路由協(xié)議180
14.2.3基于查詢的路由協(xié)議181
14.2.4地理位置路由184
14.2.5基于服務(wù)質(zhì)量的路由協(xié)議186
14.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的鏈路層技術(shù)188
14.3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議188
14.3.2基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議193
14.4定位跟蹤控制技術(shù)195
14.4.1定位技術(shù)概述195
14.4.2節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算的常見方法195
14.4.3定位算法分類197
14.5目標(biāo)跟蹤控制208
14.6覆蓋控制212
14.6.1虛擬勢場力方法213
14.6.2粒子群方法214
14.7移動(dòng)傳感網(wǎng)動(dòng)態(tài)建模和控制
技術(shù)218
習(xí)題221
第5部分網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
第15章網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)222
15.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述222
15.2網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概念和結(jié)構(gòu)223
15.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時(shí)序226
15.3.1采樣速率分析226
15.3.2延遲與抖動(dòng)分析226
15.3.3NCSs的節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式226
15.4網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型227
15.4.1NCSs中的基本假設(shè)227
15.4.2連續(xù)系統(tǒng)模型227
15.4.3離散系統(tǒng)模型228
15.4.4混合系統(tǒng)模型231
15.4.5有數(shù)據(jù)包丟失時(shí)NCSs的
模型231
15.4.6時(shí)滯系統(tǒng)模型232
15.4.7其他模型232
15.5通信約束下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)
定性分析233
15.5.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的通信
約束233
15.5.2量化反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析233
15.5.3基于狀態(tài)觀測的量化反饋穩(wěn)
定性分析236
15.6網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)238
15.6.1控制器設(shè)計(jì)方法238
15.6.2隨機(jī)最優(yōu)控制技術(shù)238
15.6.3增廣確定控制技術(shù)239
15.6.4基于QoS的控制方法240
15.6.5魯棒控制方法240
15.6.6其他控制方法241
習(xí)題241
參考文獻(xiàn)242
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