本書包括以下幾個內(nèi)容：系統(tǒng)的基本概念；物理系統(tǒng)建模；線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、瞬態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)誤差；分析系統(tǒng)的根軌跡法、頻域法、狀態(tài)空間法；控制系統(tǒng)的綜合與校正；離散控制系統(tǒng)分析與綜合；非線性系統(tǒng)的基本特點及典型分析方法；系統(tǒng)的可控性可觀性、狀態(tài)反饋和極點配置；控制系統(tǒng)的魯棒性分析。
本書本著循序漸進、啟發(fā)思維、培養(yǎng)創(chuàng)新精神的原則，設(shè)計了許多有關(guān)新技術(shù)領(lǐng)域(如計算機、航天、航海、航空方面)的例題、習(xí)題、思考題；結(jié)合自動控制理論基本原理的講解、多種類電子資源的拓展，應(yīng)用了Matlab 及控制系統(tǒng)工具箱進行計算機輔助教學(xué)，通過例題、習(xí)題介紹了控制系統(tǒng)的分析、綜合及仿真應(yīng)用。
本書可用作自動化、電氣工程及其自動化、機械設(shè)計制造及其自動化等工科相關(guān)專業(yè)本科生的教材，亦可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。
1 控制系統(tǒng)導(dǎo)論 1
1.1 自動控制的基本原理 1
1.1.1 一個實例和術(shù)語 2
1.1.2 控制系統(tǒng)方框圖 2
1.2 自動控制系統(tǒng)的分類 3
1.2.1 按信號的傳遞路徑來分 3
1.2.2 按系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律不同來分 5
1.2.3 按系統(tǒng)傳輸信號的性質(zhì)來分 5
1.2.4 按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來分 5
1.2.5 其它分類方法 7
1.3 對控制系統(tǒng)的基本要求 7
1.4 自動控制的發(fā)展簡史 8
1.4.1 經(jīng)典控制階段 8
1.4.2 現(xiàn)代控制階段 9
1.4.3 大系統(tǒng)控制階段 10
1.4.4 智能控制階段 10
本章小結(jié) 11
習(xí)題1 11
2 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 13
2.1 導(dǎo)論 13
2.2 控制系統(tǒng)的微分方程 14
2.2.1 微分方程式的建立 14
2.2.2 非線性方程的線性化 20
2.3 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 24
2.3.1 傳遞函數(shù)的概念 24
2.3.2 傳遞函數(shù)的性質(zhì) 25
2.3.3 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù) 26
2.4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與信號流圖 29
2.4.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 29
2.4.2 控制系統(tǒng)的信號流圖 37
2.4.3 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 41
2.5 應(yīng)用Matlab控制系統(tǒng)仿真 43
2.5.1 舉例 44
2.5.2 傳遞函數(shù) 45
2.5.3 結(jié)構(gòu)圖模型 46
本章小結(jié) 49
習(xí)題2 49
3 控制系統(tǒng)的時域分析法 54
3.1 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)及性能指標(biāo) 54
3.1.1 典型輸入信號 55
3.1.2 系統(tǒng)的時域性能指標(biāo) 56
3.1.3 瞬態(tài)響應(yīng)分析 57
3.1.4 線性定常系統(tǒng)的重要特性 63
3.2 增加零極點對二階系統(tǒng)響應(yīng)的影響 64
3.3 反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 67
3.3.1 穩(wěn)態(tài)誤差的概念 67
3.3.2 穩(wěn)態(tài)誤差的計算 68
3.3.3 主擾動輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差 71
3.3.4 關(guān)于降低穩(wěn)態(tài)誤差問題 71
3.4 勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù) 73
3.4.1 穩(wěn)定性的概念 73
3.4.2 勞斯判據(jù) 75
3.4.3 赫爾維茨判據(jù) 82
3.5 控制系統(tǒng)靈敏度分析 83
3.6 應(yīng)用Matlab分析控制系統(tǒng)的性能 86
本章小結(jié) 90
習(xí)題3 90
4 根軌跡法 94
4.1 根軌跡的基本概念 94
4.2 繪制根軌跡的基本規(guī)則 96
4.3 控制系統(tǒng)根軌跡的繪制 101
4.4 廣義根軌跡 106
4.4.1 以非K*為變參數(shù)的根軌跡 106
4.4.2 正反饋系統(tǒng)的根軌跡 108
4.4.3 非最小相位系統(tǒng)的根軌跡 109
4.5 線性系統(tǒng)的根軌跡分析方法 112
4.5.1 主導(dǎo)極點的概念 112
4.5.2 增加開環(huán)零極點對根軌跡的影響 114
4.6 利用Matlab繪制系統(tǒng)的根軌跡 116
本章小結(jié) 119
習(xí)題4 120
5 線性系統(tǒng)的頻域分析 122
5.1 頻率特性的概念 122
5.2 開環(huán)系統(tǒng)頻率特性的圖形表示 125
5.2.1 幅相頻率特性曲線 125
5.2.2 對數(shù)頻率特性曲線 133
5.3 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 141
5.3.1 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 141
5.3.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 143
5.4 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性 146
5.4.1 相對穩(wěn)定性 147
5.4.2 穩(wěn)定裕度的求取 148
5.5 閉環(huán)頻率特性 151
5.5.1 閉環(huán)頻率特性的圖形表示 151
5.5.2 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo) 157
5.6 Matlab在系統(tǒng)頻域分析中的應(yīng)用 161
本章小結(jié) 165
習(xí)題5 165
6 線性系統(tǒng)的校正方法 169
6.1 校正與綜合的概念 169
6.1.1 校正的基本方式 170
6.1.2 基本控制規(guī)律 170
6.2 常用校正裝置及其特性 173
6.2.1 無源校正裝置 173
6.2.2 有源校正裝置 178
6.3 串聯(lián)校正 179
6.3.1 串聯(lián)超前校正 179
6.3.2 串聯(lián)滯后校正 181
6.3.3 串聯(lián)滯后-超前校正 183
6.3.4 期望頻率特性法校正 184
6.4 反饋校正 188
6.5 Matlab在系統(tǒng)校正中的應(yīng)用 190
本章小結(jié) 192
習(xí)題6 193
7 線性離散控制系統(tǒng) 196
7.1 引言 196
7.1.1 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 196
7.1.2 計算機監(jiān)督控制系統(tǒng) 197
7.1.3 集散控制系統(tǒng) 197
7.2 采樣過程的數(shù)學(xué)描述 198
7.2.1 采樣過程及其數(shù)學(xué)描述 198
7.2.2 采樣定理 200
7.2.3 采樣周期的選擇 201
7.3 信號保持 202
7.3.1 零階保持器 202
7.3.2 一階保持器 204
7.4 采樣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 205
7.4.1 描述離散控制系統(tǒng)的線性差分方程 205
7.4.2 脈沖傳遞函數(shù) 207
7.5 離散控制系統(tǒng)分析 213
7.5.1 線性離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 213
7.5.2 離散控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng) 218
7.5.3 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 220
7.6 數(shù)字控制器的設(shè)計 222
7.6.1 無穩(wěn)態(tài)誤差最少拍系統(tǒng)的設(shè)計 223
7.6.2 G(z)具有單位圓上和單位圓外零極點的情況時數(shù)字控制器的設(shè)計 226
7.6.3 無紋波無穩(wěn)態(tài)誤差最少拍系統(tǒng)的設(shè)計 227
7.7 Matlab在離散系統(tǒng)中的應(yīng)用 229
本章小結(jié) 233
習(xí)題7 233
8 非線性系統(tǒng)理論 237
8.1 引言 237
8.1.1 非線性系統(tǒng)特點 237
8.1.2 研究非線性系統(tǒng)的意義與方法 239
8.2 典型非線性特性的數(shù)學(xué)描述及其對系統(tǒng)性能的影響 239
8.2.1 飽和特性 240
8.2.2 死區(qū)特性 240
8.2.3 間隙特性 240
8.2.4 繼電特性 241
8.3 描述函數(shù)法 242
8.3.1 描述函數(shù)的概念 242
8.3.2 典型非線性的描述函數(shù) 243
8.3.3 多重非線性的描述函數(shù) 248
8.3.4 用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng) 249
8.4 相平面法 253
8.4.1 相軌跡及其繪制方法 253
8.4.2 奇點與極限環(huán) 254
8.4.3 用相平面法分析非線性系統(tǒng) 258
本章小結(jié) 261
習(xí)題8 261
9 狀態(tài)空間分析與綜合 265
9.1 引言 265
9.2 狀態(tài)空間和狀態(tài)方程 265
9.2.1 狀態(tài)空間方法的幾個基本概念 265
9.2.2 幾個示例 266
9.3 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的建立 268
9.3.1 高階微分方程到狀態(tài)空間描述 268
9.3.2 將傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間描述 271
9.3.3 由狀態(tài)變量圖求系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 272
9.3.4 狀態(tài)空間描述與傳遞函數(shù)的關(guān)系 275
9.3.5 狀態(tài)變量組的非唯一性 278
9.3.6 系統(tǒng)矩陣A 的特征方程和特征值 279
9.3.7 利用Matlab進行系統(tǒng)模型之間的相互轉(zhuǎn)換 279
9.4 線性定常系統(tǒng)連續(xù)狀態(tài)方程的解 282
9.4.1 線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的解 283
9.4.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣性質(zhì) 283
9.4.3 向量矩陣分析中的若干結(jié)果 284
9.4.4 矩陣指數(shù)函數(shù)eAt 的計算 285
9.4.5 線性離散系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的建立及其解 288
9.5 線性定常系統(tǒng)的可控性與可觀測性分析 291
9.5.1 線性連續(xù)系統(tǒng)的可控性 291
9.5.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的可觀測性 294
9.5.3 對偶原理 296
9.5.4 單輸入/單輸出系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的標(biāo)準(zhǔn)形 297
9.5.5 基于系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)形的可控可觀判據(jù) 299
9.5.6 離散系統(tǒng)的可控性和可觀測性判據(jù) 302
9.5.7 用Matlab判斷系統(tǒng)的可控性和可觀測性 302
9.6 線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測器 303
9.6.1 狀態(tài)反饋與極點配置 304
9.6.2 輸出反饋與極點配置 311
9.6.3 狀態(tài)觀測器 311
9.7 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 331
9.7.1 李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性問題 331
9.7.2 李雅普諾夫穩(wěn)定性理論 334
本章小結(jié) 344
習(xí)題9 345
本書配套數(shù)字資源表 353
參考文獻 354
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