控制工程基礎
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叢 書 名:全國高等院校儀器儀表及自動化類“十二五”規劃教材
本書主要介紹控制系統分析與設計的基礎理論和方法,內容包括系統數學模型、時域分析、根軌跡分析、頻域分析,以及控制系統設計與離散控制系統分析與設計。 本書的主要特點是淡化經典控制理論與現代控制理論的界限,重點突出基礎共性問題,不苛求嚴格的數學推演,在保持課程內容的系統性和連貫性下,側重于基本概念、理論和方法的理解與應用,適應傳授科學知識和培養創新能力并重的需要
譚躍剛,教授,現為武漢理工大學機電學院副院長,測控技術與儀器專業帶頭人,中國計量測試學會理事,武漢市機械傳動與設計學會副理事長,中國電子學會電子機械工程委員會委員。
第1章緒論1.1控制與反饋控制1.2開環控制和閉環控制1.2.1開環控制1.2.2閉環控制1.3控制系統的分類1.4控制理論的發展歷程1.5控制系統的性能基本要求和設計1.5.1對控制系統性能的基本要求1.5.2控制系統的設計問題習題第2章系統的數學模型2.1概述2.2系統的微分方程2.2.1系統的微分方程2.2.2非線性微分方程的線性化2.3系統的狀態方程2.3.1基本概念2.3.2線性系統狀態空間表達式的建立2.4系統的傳遞函數2.4.1傳遞函數的定義和特性2.4.2傳遞函數的計算2.4.3傳遞函數的基本形式2.4.4典型環節的傳遞函數2.5控制系統的方框圖2.5.1方框圖的建立2.5.2方框圖的等效變換2.5.3梅遜公式2.6控制系統的傳遞函數2.7系統數學模型的MATLAB建模2.7.1傳遞函數的MATLAB建模2.7.2狀態空間表達式的MATLAB建模習題第3章系統的時域分析3.1概述3.2系統的典型輸入信號3.3系統時域響應的求解3.3.1基于微分方程求解時域響應3.3.2基于狀態方程求解時域響應3.3.3基于傳遞函數求解時域響應3.4系統的時域性能指標3.4.1系統輸出響應的時間歷程3.4.2系統的動態性能指標3.4.3系統的穩態性能指標3.5系統的時域性能分析3.5.1一階系統的時域分析3.5.2二階系統的時域分析3.5.3高階系統的時域分析3.6控制系統的穩態誤差3.6.1穩態誤差的概念3.6.2系統的類型3.6.3系統穩態誤差的計算3.6.4提高系統穩態精度的方法3.7系統的穩定性分析3.7.1穩定性概念3.7.2系統穩定的條件3.7.3系統穩定性的勞斯判據3.7.4勞斯判據的應用3.8系統的可控性與可觀性3.8.1可控性及其判斷3.8.2可觀性及其判斷3.8.3系統傳遞函數與可控性、可觀性的關系3.9系統時域性能的MATLAB分析習題第4章系統的根軌跡分析4.1根軌跡的基本概念4.2根軌跡的基本條件與繪制規則4.2.1根軌跡的基本條件4.2.2繪制根軌跡的規則4.3系統的根軌跡繪制4.3.1最小相位系統的根軌跡4.3.2系統的參量根軌跡4.3.3零度根軌跡4.4控制系統的根軌跡分析4.4.1增加開環零極點對根軌跡的影響4.4.2系統性能的根軌跡分析4.5系統根軌跡的MATLAB分析習題第5章控制系統的頻域分析5.1系統的頻率特性5.2控制系統的頻率特性圖5.2.1系統的極坐標圖5.2.2系統的對數頻率特性圖5.3基于系統開環頻域特性的奈奎斯特穩定判據5.3.1系統的奈奎斯特穩定條件5.3.2基于對數頻率特性圖的系統穩定性判據5.4系統的相對穩定性5.5系統的頻域性能指標5.5.1開環頻率特性與閉環頻率特性的關系5.5.2頻域性能指標5.5.3頻域性能指標與時域性能指標的關系5.6MATLAB在系統頻域特性分析中的應用5.6.1控制系統的頻域特性5.6.2頻域響應分析的MATLAB實現習題第6章控制系統的設計6.1概述6.2串聯超前校正6.2.1超前校正裝置6.2.2基于根軌跡的超前校正6.2.3基于頻率響應法的超前校正6.3串聯滯后校正6.3.1滯后校正裝置6.3.2基于根軌跡法的滯后校正6.3.3基于頻域分析法的滯后校正6.4串聯滯后-超前校正6.4.1滯后超前校正裝置6.4.2基于根軌跡法的滯后超前校正6.4.3基于頻域分析法的滯后超前校正6.5PID控制6.5.1PID控制方法6.6狀態反饋與極點配置6.6.1狀態反饋6.6.2極點配置方法6.7應用MATLAB進行控制系統設計習題第7章離散控制系統的基礎理論7.1概述7.2信號的采樣與復現7.2.1信號的采樣7.2.2信號的復現7.3z變換與z反變換7.4離散系統的數學模型7.4.1差分方程7.4.2離散系統的狀態空間表達式7.4.3脈沖傳遞函數7.5離散系統的時域分析7.5.1離散系統的時域性能分析7.5.2離散系統的穩定性分析7.5.3離散系統的穩態誤差7.6離散系統的根軌跡分析7.7離散系統的頻域分析7.7.1離散系統的頻率特性7.7.2離散系統的頻率特性分析7.8離散控制系統的設計7.8.1離散系統的PID控制7.8.2最少拍控制系統設計7.9離散系統的MATLAB分析與設計7.9.1連續系統的離散化7.9.2離散系統的數學模型7.9.3離散系統的分析7.9.4離散控制器的設計習題附錄A參考文獻