內容簡介
本書系統介紹了連續與離散控制系統的基本理論和方法，全書共分13章，內容包括系統模型的建立及轉換、系統的基本性能及指標、頻域特性法、根軌跡法、狀態空間法、數據採集與數據保持、脈衝傳遞函式、狀態空間和系統穩定性判定、離散控制系統的經典法設計、數字控制器的直接設計、狀態空間分析與設計等，最後給出控制系統的設計實例。每章詳細介紹了MATLAB對控制系統進行計算機分析和套用實例，並提供一定數量的習題。
本書可作為高等院校自動化、測控技術與儀器、電氣工程及其自動化、電子信息等專業的本科教材和主要參考書，並且可為控制工程領域的專業技術人才自學和參考。
目錄
連續與離散控制工程目錄目錄
第1章緒論1
1.1概述1
1.2自動控制系統的結構原理及基本要求1
1.2.1自動控制系統的結構原理1
1.2.2控制系統的基本要求2
1.2.3離散控制系統的組成3
1.3控制系統的分類和特點4
1.3.1控制系統按照控制方式的分類4
1.3.2控制系統按照控制規律分類5
1.4控制系統的發展概況和展望6
習題7
第2章連續控制系統的機理建模8
2.1概述8
2.1.1控制系統的數學模型8
2.1.2系統的建模8
2.1.3機理建模的模型形式9
2.2控制系統的微分方程描述10
2.2.1系統微分方程的建立步驟10
2.2.2建立系統微分方程舉例10
2.3控制系統的框圖和傳遞函式12
2.3.1基本概念13
2.3.2系統框圖的建立15
2.3.3梅森公式18
2.3.4系統傳遞函式的獲取21
2.3.5典型系統的框圖及傳遞函式23
2.4控制系統的狀態空間描述26
2.4.1基本概念26
2.4.2狀態空間方程的建立26
2.4.3狀態空間方程的一般形式29
2.5各種模型間的轉換31
2.5.1狀態空間方程的框圖表示31
2.5.2狀態空間方程和傳遞矩陣32
2.6非線性系統的偏微線性化33
2.6.1非線性因素和偏微線性化33
2.6.2非線性方程的線性化33
2.6.3例題35
2.7MATLAB在建模中的套用35
習題38
第3章控制系統的穩定性43
3.1穩定性的概念43
3.1.1研究系統穩定性的意義43
3.1.2穩定性的定義43
3.2系統穩定性的判定45
3.2.1閉環極點和穩定性的關係45
3.2.2勞斯判據46
3.2.3奈奎斯特判據50
3.2.4系統穩定性的改進59
3.3系統穩定性的MATLAB仿真61
習題64
第4章連續控制系統的時域分析68
4.1典型輸入信號及動態性能指標68
4.1.1典型輸入信號68
4.1.2時域動態指標70
4.2一階系統動態分析72
4.2.1一階系統的數學模型72
4.2.2一階系統的單位階躍回響73
4.2.3一階系統的單位脈衝回響74
4.2.4一階系統的單位斜坡回響74
4.3二階系統的動態分析75
4.3.1典型二階系統的模型75
4.3.2典型二階系統的單位階躍回響76
4.3.3典型二階系統的動態指標78
4.4高階系統及二階近似82
4.4.1高階系統的單位階躍回響82
4.4.2閉環主導極點83
4.4.3高階系統的二階近似84
4.5控制系統的穩態誤差87
4.5.1誤差的定義87
4.5.2誤差傳遞函式88
4.5.3誤差的計算89
4.6系統性能的MATLAB仿真93
習題95
第5章頻率特性法102
5.1頻率特性與頻率特性法102
5.1.1線性系統的頻率回響102
5.1.2基本概念103
5.1.3頻率特性法及其特點103
5.2基本環節的頻率特性103
5.2.1比例環節104
5.2.2慣性環節104
5.2.3積分環節106
5.2.4二階振盪環節106
5.2.5由對稱性獲得特性曲線的環節107
5.2.6時滯環節108
5.2.7系統開環傳遞函式伯德圖的繪製108
5.3頻率特性指標110
5.3.1開環頻率特性指標110
5.3.2閉環頻率特性指標111
5.3.3開環和閉環頻率特性的關係111
5.3.4頻域指標和時域指標的關係112
5.4開環頻率特性的系統分析方法113
5.4.1低頻段113
5.4.2高頻段115
5.4.3中頻段115
5.4.4系統性能分析118
5.5控制系統的頻率法校正119
5.5.1基本概念119
5.5.2基本控制規律和校正裝置122
5.5.3分析法的串聯校正128
5.5.4期望特性法實現系統的串聯校正132
5.5.5反饋校正133
5.6頻率特性法的MATLAB仿真137
習題140
第6章根軌跡法148
6.1基本概念148
6.2繪製根軌跡圖的基本規則149
6.2.1規則一根軌跡的分支149
6.2.2規則二根軌跡的連續性和對稱性149
6.2.3規則三根軌跡的起點和終點149
6.2.4規則四根軌跡的漸近線150
6.2.5規則五實軸上的根軌跡151
6.2.6規則六根軌跡與實軸的交點151
6.2.7規則七根軌跡的出射角與入射角153
6.2.8規則八根軌跡與虛軸的交點及臨界值kc155
6.2.9規則九根軌跡係數k的求取156
6.3繪製根軌跡圖157
6.3.1繪製根軌跡圖的步驟157
6.3.2例題157
6.4參數根軌跡161
6.5開環零極點對根軌跡的影響162
6.5.1開環零點對根軌跡的影響163
6.5.2開環極點對根軌跡的影響164
6.5.3附加開環零極點對系統穩態性能的影響165
6.6利用根軌跡法進行系統性能分析166
6.7利用根軌跡法校正168
6.7.1校正方法在根軌跡圖中的體現168
6.7.2串聯超前校正169
6.7.3串聯滯後校正171
6.8根軌跡的MATLAB仿真173
習題176
第7章連續域現代控制理論基礎180
7.1線性定常系統狀態方程的解180
7.1.1齊次狀態方程的解180
7.1.2非齊次狀態方程的解184
7.2控制系統的可控性和可觀性187
7.2.1系統可控性187
7.2.2系統可觀測性192
7.2.3對偶原理193
7.3線性定常系統的線性變換194
7.3.1線性變換194
7.3.2化系統{A，B}為可控標準型195
7.3.3化系統{A，C}為可觀測標準型197
7.4控制系統的狀態空間設計199
7.4.1線性定常系統常用反饋結構及其對系統特性的影響199
7.4.2狀態反饋的極點配置設計法201
7.4.3狀態觀測器設計及分離特性205
7.5狀態空間法的MATLAB仿真213
習題215
第8章數據採集與數據保持221
8.1概述221
8.2信號採樣問題222
8.2.1採樣過程222
8.2.2理想採樣信號的時域表示223
8.2.3理想採樣信號的頻域表達223
8.2.4採樣定理225
8.3零階保持器227
8.3.1零階保持器的時域特性228
8.3.2零階保持器的頻域特性228
習題229
第9章線性離散控制系統數學描述與分析230
9.1概述230
9.2脈衝傳遞函式230
9.2.1求脈衝傳遞函式230
9.2.2對開環和閉環系統求脈衝傳遞函式231
9.3離散狀態空間描述240
9.4連續系統狀態方程的離散化242
9.5線性定常離散系統的穩定性分析245
9.5.1S平面與Z平面的關係245
9.5.2穩定性判別246
9.6離散控制系統的穩態誤差分析248
9.7MATLAB在模型轉換、穩定性、穩態誤差
和規範型轉換中的套用250
習題257
第10章離散控制系統的經典法設計259
10.1概述259
10.2控制系統的離散化方法259
10.2.1六種離散化方法259
10.2.2六種離散化方法的特點265
10.3PID控制器及其算式266
10.3.1PID控制器266
10.3.2PID控制器的各種算法268
10.4數字PID控制器的參數整定273
10.4.1擴充臨界比例度法273
10.4.2擴充回響曲線法274
10.4.3歸一參數整定法275
10.4.4優選法(0.618法)275
10.5用MATLAB進行連續模型的離散化等效和PID參數仿真研究275
習題281
第11章數字控制器的直接設計283
11.1概述283
11.2W′平面的頻域法設計283
11.2.1兩種平面的變換283
11.2.2W′平面伯德圖法設計284
11.3根軌跡設計288
11.3.1控制系統設計的根軌跡指標288
11.3.2根軌跡的繪製289
11.3.3離散控制系統的根軌跡法設計290
11.4MATLAB在根軌跡中的套用293
習題295
第12章狀態空間分析和設計298
12.1離散系統的可控性和可觀測性298
12.1.1可控性298
12.1.2可觀測性299
12.2離散控制系統狀態反饋的極點配置設計301
12.3觀測器的設計303
12.3.1狀態觀測器的原理與結構303
12.3.2帶有狀態觀測器的控制器的設計304
12.3.3分離特性305
12.3.4全階觀測器設計舉例305
12.4MATLAB在現代控制理論中的套用307
習題309
第13章離散控制系統設計與實現312
13.1概述312
13.2離散控制系統設計的基本原則和主要步驟312
13.2.1控制系統設計的基本原則312
13.2.2控制系統設計的主要步驟314
13.3控制系統的設計及其實現過程315
13.4溫度控制系統的設計舉例320
習題326
附錄常用拉普拉斯變換和Z變換表328
參考文獻330
