內容簡介
本書從理論和工程套用相結合的角度比較全面和系統地闡述了控制理論(包括經典控制理論和現代控制理論)的基本內容。書中內容側重介紹一些基本概念、基本理論和基本分析方法儘量降低理論方面的難度並注意強化讀者的工程意識提高其工程實踐能力。本書的主要特色是在保持理論完整性和系統性的前提下從仿真實現的角度採用目前流行的控制系統分析和綜合的軟體包——MATLAB完成了相關內容的論述。全書共分為12章主要內容有:控制系統數學模型的建立、時域分析法、根軌跡法、頻率回響法、控制系統的校正、線性離散系統分析與設計、非線性控制系統分析、線性系統分析、狀態空間分析法和李亞普諾夫穩定性分析最後給出了一些控制系統設計的實例 以提高本書的實用性。書中結合相關的理論以例題的方式介紹了MATLAB在控制系統分析和設計中的套用。同時對每一章的內容進行了小結並提供了一定數量的典型例題和習題 便於讀者學習和鞏固所學知識。
本書可作為本科自動化及相關專業“自動控制理論”課程的教材還可供從事自動化工作的科技人員作參考。
目錄
第一章 緒論 1
1.1 自動控制系統簡介 1
1.2 自動控制系統分類 3
1.3 自動控制理論的發展歷史 5
1.4 工程控制問題的基本要求 6
小結 7
習題 7
第二章 線性系統的數學描述 9
2.1 線性系統的時域數學模型 9
2.2 傳遞函式 12
2.3 結構圖 18
2.4 信號流圖 27
2.5 線性定常系統數學模型的MATLAB實現 30
小結 32
習題 32
第三章 線性系統的時域分析法 36
3.1 動態和穩態性能指標 36
3.2 一階系統的時域分析 40
3.3 二階系統的時域分析 42
3.4 高階系統的時域分析 50
3.5 線性系統的穩定性分析 51
3.6 控制系統的穩態誤差 55
3.7 基於MATLAB的線性系統時域分析 59
小結 61
習題 62
第四章 根軌跡法 65
4.1 根軌跡的基本概念 65
4.2 根軌跡的繪製 66
4.3 廣義根軌跡 72
4.4 附加開環零點和極點對根軌跡的影響 74
4.5 系統性能的分析 77
小結 78
習題 79
第五章 頻率回響法 81
5.1 頻率特性 81
5.2 典型環節的頻率特性 85
5.3 控制系統開環頻率特性曲線的繪製 93
5.4 頻域穩定性判據 102
5.5 穩定裕度 109
5.6 閉環系統的頻域性能指標 113
5.7 頻率特性的試驗確定方法 115
小結 118
習題 119
第六章 線性系統的校正方法 123
6.1 校正的基本概念 123
6.2 線性系統的基本控制規律 124
6.3 常用校正裝置及其特性 128
6.4 串聯校正 133
6.5 反饋校正 140
6.6 複合校正 142
小結 144
習題 144
第七章 線性離散系統分析與設計 148
7.1 引言 148
7.2 信號的採樣與保持 149
7.3 Z變換理論 152
7.4 脈衝傳遞函式 159
7.5 離散控制系統的性能與分析 164
小結 172
習題 172
第八章 非線性控制系統分析 174
8.1 非線性控制系統概述 174
8.2 相平面分析法 177
8.3 描述函式法 194
小結 202
習題 202
第九章 線性系統的狀態空間描述與分析 206
9.1 狀態空間描述的基本概念 206
9.2 狀態空間表達式的建立 210
9.3 線性定常系統的回響 222
9.4 狀態轉移矩陣 224
9.5 線性離散系統的回響 228
9.6 可控性和可觀性 232
9.7 線性定常系統的線性變換 239
9.8 對偶原理 244
9.9 線性定常系統的結構分解 245
9.10 線性系統狀態空間描述的MATLAB實現 247
小結 250
習題 250
第十章 線性反饋系統的時間域綜合 255
10.1 輸出反饋與狀態反饋 255
10.2 極點配置問題 256
10.3 狀態重構與狀態觀測器設計 259
10.4 最優控制問題概論 266
10.5 MATLAB線上性反饋系統時間域綜合中的套用 267
小結 270
習題 271
第十一章 李亞普諾夫穩定性分析 273
11.1 李亞普諾夫關於穩定性的定義 273
11.2 李亞普諾夫第一方法 274
11.3 李亞普諾夫第二方法 275
11.4 線性定常系統的李亞普諾夫穩定性分析 278
小結 281
習題 281
第十二章 控制系統設計實例分析 283
12.1 火炮穩定器的設計 283
12.2 船舶自動駕駛儀的設計 285
12.3 磁碟讀寫頭的控制 286
12.4 倒立擺控制系統的設計 289
小結 292
附錄 常用函式的拉氏變換和Z變換對照表 293
主要參考文獻 294
