控制工程基础
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丛 书 名:全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材
本书主要介绍控制系统分析与设计的基础理论和方法,内容包括系统数学模型、时域分析、根轨迹分析、频域分析,以及控制系统设计与离散控制系统分析与设计。 本书的主要特点是淡化经典控制理论与现代控制理论的界限,重点突出基础共性问题,不苛求严格的数学推演,在保持课程内容的系统性和连贯性下,侧重于基本概念、理论和方法的理解与应用,适应传授科学知识和培养创新能力并重的需要
谭跃刚,教授,现为武汉理工大学机电学院副院长,测控技术与仪器专业带头人,中国计量测试学会理事,武汉市机械传动与设计学会副理事长,中国电子学会电子机械工程委员会委员。
第1章绪论1.1控制与反馈控制1.2开环控制和闭环控制1.2.1开环控制1.2.2闭环控制1.3控制系统的分类1.4控制理论的发展历程1.5控制系统的性能基本要求和设计1.5.1对控制系统性能的基本要求1.5.2控制系统的设计问题习题第2章系统的数学模型2.1概述2.2系统的微分方程2.2.1系统的微分方程2.2.2非线性微分方程的线性化2.3系统的状态方程2.3.1基本概念2.3.2线性系统状态空间表达式的建立2.4系统的传递函数2.4.1传递函数的定义和特性2.4.2传递函数的计算2.4.3传递函数的基本形式2.4.4典型环节的传递函数2.5控制系统的方框图2.5.1方框图的建立2.5.2方框图的等效变换2.5.3梅逊公式2.6控制系统的传递函数2.7系统数学模型的MATLAB建模2.7.1传递函数的MATLAB建模2.7.2状态空间表达式的MATLAB建模习题第3章系统的时域分析3.1概述3.2系统的典型输入信号3.3系统时域响应的求解3.3.1基于微分方程求解时域响应3.3.2基于状态方程求解时域响应3.3.3基于传递函数求解时域响应3.4系统的时域性能指标3.4.1系统输出响应的时间历程3.4.2系统的动态性能指标3.4.3系统的稳态性能指标3.5系统的时域性能分析3.5.1一阶系统的时域分析3.5.2二阶系统的时域分析3.5.3高阶系统的时域分析3.6控制系统的稳态误差3.6.1稳态误差的概念3.6.2系统的类型3.6.3系统稳态误差的计算3.6.4提高系统稳态精度的方法3.7系统的稳定性分析3.7.1稳定性概念3.7.2系统稳定的条件3.7.3系统稳定性的劳斯判据3.7.4劳斯判据的应用3.8系统的可控性与可观性3.8.1可控性及其判断3.8.2可观性及其判断3.8.3系统传递函数与可控性、可观性的关系3.9系统时域性能的MATLAB分析习题第4章系统的根轨迹分析4.1根轨迹的基本概念4.2根轨迹的基本条件与绘制规则4.2.1根轨迹的基本条件4.2.2绘制根轨迹的规则4.3系统的根轨迹绘制4.3.1最小相位系统的根轨迹4.3.2系统的参量根轨迹4.3.3零度根轨迹4.4控制系统的根轨迹分析4.4.1增加开环零极点对根轨迹的影响4.4.2系统性能的根轨迹分析4.5系统根轨迹的MATLAB分析习题第5章控制系统的频域分析5.1系统的频率特性5.2控制系统的频率特性图5.2.1系统的极坐标图5.2.2系统的对数频率特性图5.3基于系统开环频域特性的奈奎斯特稳定判据5.3.1系统的奈奎斯特稳定条件5.3.2基于对数频率特性图的系统稳定性判据5.4系统的相对稳定性5.5系统的频域性能指标5.5.1开环频率特性与闭环频率特性的关系5.5.2频域性能指标5.5.3频域性能指标与时域性能指标的关系5.6MATLAB在系统频域特性分析中的应用5.6.1控制系统的频域特性5.6.2频域响应分析的MATLAB实现习题第6章控制系统的设计6.1概述6.2串联超前校正6.2.1超前校正装置6.2.2基于根轨迹的超前校正6.2.3基于频率响应法的超前校正6.3串联滞后校正6.3.1滞后校正装置6.3.2基于根轨迹法的滞后校正6.3.3基于频域分析法的滞后校正6.4串联滞后-超前校正6.4.1滞后超前校正装置6.4.2基于根轨迹法的滞后超前校正6.4.3基于频域分析法的滞后超前校正6.5PID控制6.5.1PID控制方法6.6状态反馈与极点配置6.6.1状态反馈6.6.2极点配置方法6.7应用MATLAB进行控制系统设计习题第7章离散控制系统的基础理论7.1概述7.2信号的采样与复现7.2.1信号的采样7.2.2信号的复现7.3z变换与z反变换7.4离散系统的数学模型7.4.1差分方程7.4.2离散系统的状态空间表达式7.4.3脉冲传递函数7.5离散系统的时域分析7.5.1离散系统的时域性能分析7.5.2离散系统的稳定性分析7.5.3离散系统的稳态误差7.6离散系统的根轨迹分析7.7离散系统的频域分析7.7.1离散系统的频率特性7.7.2离散系统的频率特性分析7.8离散控制系统的设计7.8.1离散系统的PID控制7.8.2最少拍控制系统设计7.9离散系统的MATLAB分析与设计7.9.1连续系统的离散化7.9.2离散系统的数学模型7.9.3离散系统的分析7.9.4离散控制器的设计习题附录A参考文献