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第一章 控制系统导论1

1.1引言1

1.2自动控制简史3

1.3反馈应用两则5

1.4控制工程实践6

1.5现代控制系统举例7

1.6自动装配与机器人13

1.7控制系统前瞻13

1.8工程设计概述14

1.9控制系统设计概述16

1.10设计实例：转盘速度控制17

1.11设计实例：胰岛素注射控制系统18

1.12循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统20

第二章 系统的数学模型27

2.1引言27

2.2物理系统的微分方程28

2.3物理系统的线性近似32

2.4 Laplace变换35

2.5线性系统的传递函数40

2.6框图模型51

2.7信号流图模型55

2.8控制系统的计算机辅助分析60

2.9设计实例61

2.10利用MATLAB进行系统仿真67

2.11循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统79

2.12小结81

第三章 状态空间模型100

3.1引言100

3.2动态系统的状态变量101

3.3状态微分方程103

3.4状态流图模型106

3.5状态流图模型的其他形式111

3.6由状态方程求解传递函数115

3.7状态转移矩阵和系统的时间响应116

3.8离散时间响应的求解120

3.9空间飞行器的状态变量方程124

3.10设计实例：打印机皮带驱动器127

3.11利用MATLAB分析状态空间模型132

3.12循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统135

3.13小结138

第四章 反馈控制系统的特性151

4.1开环和闭环控制系统151

4.2控制系统对参数变化的灵敏度153

4.3控制系统瞬态响应的控制156

4.4反馈控制系统的干扰信号159

4.5稳态误差163

4.6反馈的代价165

4.7设计实例：英吉利海峡海底隧道钻机166

4.8计实例：火星漫游车168

4.9应用MATLAB分析控制系统的特点170

4.10循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统176

4.11小结179

第五章 反馈控制系统的性能196

5.1引言196

5.2测试输入信号197

5.3 2阶系统的性能199

5.4第三个极点和零点对2阶系统响应的影响204

5.5阻尼比的估计208

5.6s平面上的根轨迹和瞬态响应209

5.7反馈控制系统的稳态误差210

5.8非单位反馈系统的稳态误差213

5.9性能指标216

5.10线性系统的简化222

5.11设计实例：哈勃太空望远镜指向控制225

5.12应用MATLAB分析系统性能227

5.13循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统232

5.14小结234

第六章 线性反馈系统的稳定性246

6.1稳定性的概念246

6.2 Routh-Hurwitz稳定性判据250

6.3反馈控制系统的相对稳定性257

6.4状态变量系统的稳定性258

6.5设计实例：漫游车转向控制261

6.6应用MATLAB研究系统稳定性262

6.7循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统270

6.8小结272

第七章 根轨迹法281

7.1引言281

7.2根轨迹的概念282

7.3绘制根轨迹的一般方法285

7.4一个应用根轨迹法分析和设计控制系统的实例297

7.5应用根轨迹法进行参数设计301

7.6灵敏度与根轨迹304

7.7 PID控制器310

7.8设计实例：激光操作器控制系统312

7.9机器人控制系统的设计314

7.10应用MATLAB研究根轨迹316

7.11循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统321

7.12小结324

第八章 频率响应方法345

8.1引言345

8.2频率响应图348

8.3绘制Bode图举例364

8.4频率响应测量367

8.5频域性能指标369

8.6对数幅相图372

8.7设计实例：雕刻机控制系统373

8.8用MATLAB绘制频率响应图375

8.9循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统381

8.10小结383

第九章 频域稳定性401

9.1引言401

9.2s平面上的围线映射402

9.3 Nyquist稳定性判据407

9.4相对稳定性与Nyquist判据415

9.5利用频域方法确定系统的时域性能指标420

9.6系统带宽426

9.7包含延迟环节的控制系统的稳定性427

9.8设计实例：遥控侦察车430

9.9频域中的PID控制器433

9.10利用MATLAB分析频域稳定性434

9.11循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统441

9.12小结442

第十章 反馈控制系统设计468

10.1引言468

10.2系统设计方法470

10.3串联校正网络471

10.4用Bode图方法设计超前校正网络475

10.5用根轨迹方法设计超前校正网络480

10.6利用积分型校正网络设计反馈控制系统486

10.7用根轨迹方法设计滞后校正网络488

10.8用Bode图方法设计滞后校正网络492

10.9在Bode图上用解析方法和计算机进行系统设计496

10.10带有前置滤波器的反馈控制系统497

10.11设计具有最小节拍响应的系统500

10.12设计实例：转子绕线机控制系统502

10.13设计实例：X—Y绘图仪505

10.14利用MATLAB进行系统设计508

10.15循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统515

10.16小结516

第十一章 状态变量反馈系统设计535

11.1引言535

11.2能控性536

11.3能观性537

11.4最优控制系统539

11.5用状态反馈配置极点547

11.6 Ackermann公式552

11.7状态变量反馈的局限性553

11.8内模设计553

11.9设计实例：自动检测系统556

11.10用MATLAB设计状态变量反馈558

11.11循序渐进的设计示例：磁盘驱动读取系统562

11.12小结564

第十二章 鲁棒控制系统574

12.1引言575

12.2鲁棒控制系统和系统灵敏度575

12.3鲁棒性分析578

12.4不确定参数系580

12.5鲁棒控制系统设计582

12.6 PID控制器587

12.7鲁棒PID控制系统设计588

12.8设计实例：飞机自动驾驶仪593

12.9太空望远镜控制系统的设计593

12.10绕线机鲁棒控制系统的设计595

12.11鲁棒内模控制系统597

12.12超精度钻石切削机设计599

12.13伪定量反馈系统601

12.14用MATLAB设计鲁棒控制系统603

12.15 循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统605

12.16小结607

第十三章 数字控制系统623

13.1引言624

13.2数字计算机控制系统的应用624

13.3数据采样系统626

13.4 z变换628

13.5闭环反馈数据采样系统631

13.6 z平面上的稳定性分析633

13.7 2阶数据采样系统的性能635

13.8带有数字控制器的闭环系统637

13.9工作台运动控制系统的设计639

13.10数字控制系统的根轨迹641

13.11数字控制器的实现644

13.12用MATLAB设计数字控制系统645

13.13循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统649

13.14小结650

附录657

译者附录657

附录A Laplace变换对658

附录B 符号、单位和变换因子660

附录C 矩阵代数初步662

附录D 分贝转换表670

附录E 复数671

附录F MATLAB基础674

附录G z变换对689

参考书目690