控制工程基礎

目錄
前言
第1章緒論1
11控制工程概述1
12控制工程的發(fā)展及應用1
121經(jīng)典控制理論的發(fā)展1
122現(xiàn)代控制理論的發(fā)展3
13控制系統(tǒng)的基礎知識4
131控制系統(tǒng)的基本概念4
132控制系統(tǒng)的工作原理4
133控制系統(tǒng)的組成及框圖5
14控制系統(tǒng)的分類7
141按照反饋方式分類7
142按輸入信號變化規(guī)律分類8
143按系統(tǒng)的數(shù)學描述分類8
144按系統(tǒng)內(nèi)部的信號特征分類8
15控制系統(tǒng)的基本要求9
151穩(wěn)定性9
152快速性9
153精確性10
習題10
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型11
21系統(tǒng)數(shù)學模型的建立11
211建立微分方程的一般步驟11
212控制系統(tǒng)微分方程的列寫12
22拉普拉斯變換13
221拉普拉斯變換及拉普拉斯反變換的定義13
222典型時間函數(shù)的拉普拉斯變換14
223拉普拉斯變換基本定理16
224拉普拉斯反變換21
23系統(tǒng)的傳遞函數(shù)24
231傳遞函數(shù)的定義24
232典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)25
233傳遞函數(shù)的主要特點32
24系統(tǒng)的框圖和信號流圖32
241框圖的組成32
242繪制系統(tǒng)框圖的一般步驟34
243框圖的基本連接方式36
244框圖的簡化38
245信號流圖及梅森公式40
25閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)45
251閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)45
252給定輸入作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)45
253擾動作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)46
254傳遞函數(shù)的零極點47
26控制系統(tǒng)數(shù)學模型的MATLAB實現(xiàn)47
261MATLAB控制系統(tǒng)工具箱簡介47
262數(shù)學模型的MATLAB實現(xiàn)48
27設計實例：工程中典型的機電系統(tǒng)52
習題57
第3章控制系統(tǒng)時域分析61
31時間響應與典型輸入信號61
311時間響應61
312典型輸入信號61
32一階系統(tǒng)的時域分析63
321一階系統(tǒng)數(shù)學模型63
322一階系統(tǒng)的單位階躍響應64
323一階系統(tǒng)的單位脈沖響應64
324一階系統(tǒng)的單位斜坡響應65
33二階系統(tǒng)的時域分析65
331二階系統(tǒng)的數(shù)學模型65
332二階系統(tǒng)的單位階躍響應66
333二階系統(tǒng)的單位脈沖響應69
34時域分析性能指標70
341動態(tài)性能指標70
342時域分析實例73
35高階系統(tǒng)的時域分析75
351高階系統(tǒng)的階躍響應75
352閉環(huán)主導極點76
36穩(wěn)態(tài)誤差分析與計算77
361誤差和穩(wěn)態(tài)誤差的概念77
362輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差78
363擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差80
364改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的方法81
37時域分析的MATLAB實現(xiàn)82
371輸出響應分析83
372時域動態(tài)性能指標求解84
373穩(wěn)態(tài)誤差分析85
38設計實例：數(shù)控機床控制系統(tǒng)設計86
習題87
第4章根軌跡法91
41根軌跡與根軌跡方程91
411根軌跡概念91
412根軌跡方程92
42繪制根軌跡的基本法則93
43廣義根軌跡97
431參數(shù)根軌跡97
432零度根軌跡98
44利用根軌跡分析系統(tǒng)性能101
441根軌跡和性能指標的關(guān)系101
442開環(huán)零極點對系統(tǒng)性能的影響103
45根軌跡分析的MATLAB實現(xiàn)105
451根軌跡的繪制105
452根軌跡上取點106
46設計實例：激光操縱控制系統(tǒng)設計107
習題109
第5章控制系統(tǒng)的頻域分析111
51系統(tǒng)頻率特性概述111
511頻率特性的基本概念111
512頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系113
513頻率特性的求取方法113
52頻率特性的奈奎斯特圖114
521奈奎斯特圖的基本概念114
522典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特圖115
523奈奎斯特圖的一般畫法120
53頻率特性的伯德圖122
531伯德圖的基本概念123
532典型環(huán)節(jié)的伯德圖124
533伯德圖的一般畫法130
534小相位系統(tǒng)132
54頻域分析的MATLAB實現(xiàn)134
541奈奎斯特圖的繪制134
542伯德圖的繪制135
習題137
第6章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析139
61代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)139
611穩(wěn)定性的基本概念139
612系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件139
613勞斯穩(wěn)定性判據(jù)141
62頻域穩(wěn)定性判據(jù)145
621奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)146
622對數(shù)頻率特性穩(wěn)定判據(jù)149
63控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度151
631相位裕度151
632幅值裕度151
64穩(wěn)定性分析的MATLAB實現(xiàn)154
641求取特征根判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性155
642繪制零極點分布圖判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性155
643頻率法判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性156
65設計實例159
651直流電動機速度控制系統(tǒng)159
652雕刻機位置控制系統(tǒng)161
習題164
第7章控制系統(tǒng)的綜合與校正165
71系統(tǒng)校正的基本概念165
711系統(tǒng)的性能指標165
712校正的概念167
713校正的分類167
72校正方法和校正裝置的設計169
721串聯(lián)超前校正169
722串聯(lián)滯后校正172
723滯后超前校正175
724PID調(diào)節(jié)器178
73系統(tǒng)的綜合與校正的MATLAB實現(xiàn)180
74設計實例：直流電動機調(diào)速性能指標改善182
習題184
第8章離散控制系統(tǒng)分析基礎186
81采樣與信號186
811采樣過程與采樣定理186
812信號恢復與保持器189
82Z變換與Z傳遞函數(shù)191
821Z變換191
822Z反變換198
823Z傳遞函數(shù)200
83線性離散系統(tǒng)的性能分析204
831穩(wěn)定性分析204
832瞬態(tài)響應分析206
84線性離散系統(tǒng)性能分析的MATLAB實現(xiàn)208
841求取特征根判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性208
842連續(xù)系統(tǒng)離散化及離散系統(tǒng)的時域響應209
習題211
第9章現(xiàn)代控制理論基礎213
91基本概念213
92狀態(tài)空間表達式的建立與轉(zhuǎn)換218
921由系統(tǒng)框圖建立狀態(tài)空間表達式218
922由系統(tǒng)微分方程建立狀態(tài)空間表達式220
923狀態(tài)矢量的線性變換224
924由狀態(tài)空間表達式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)（陣）225
925由狀態(tài)空間表達式變換為對角線標準型和約旦標準型227
93狀態(tài)方程的求解234
931齊次狀態(tài)方程的解234
932狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣235
933非齊次狀態(tài)方程的解238
94控制系統(tǒng)的能控性和能觀性238
941能控性與能控性判據(jù)239
942能觀性與能觀性判據(jù)245
943能控性與能觀性的對偶關(guān)系250
944能控標準型與能觀標準型251
95控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及狀態(tài)觀測器260
951狀態(tài)反饋260
952狀態(tài)觀測器266
953帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)控制系統(tǒng)268
96狀態(tài)空間分析的MATLAB實現(xiàn)271
961狀態(tài)空間表達式和傳遞函數(shù)相互轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)271
962狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的實現(xiàn)273
963能控性和能觀性分析273
964極點配置的實現(xiàn)275
97設計實例：倒立擺276
971數(shù)學模型的建立276
972系統(tǒng)特性分析279
習題281
參考文獻285