動態(tài)系統(tǒng)建模與控制

第1章入門知識1
1.1簡介1
1.2模型2
1.3開環(huán)系統(tǒng)2
1.4反饋控制3
反饋控制示例3
1.5閉環(huán)系統(tǒng)的一般表示5
1.6從模型的角度分析系統(tǒng)5
1.7穩(wěn)定系統(tǒng)與非穩(wěn)定系統(tǒng)6
穩(wěn)定系統(tǒng)和非穩(wěn)定系統(tǒng)的示例7
1.8控制工程師的作用8
1.9小結9
1.10思考題10
1.11復習題10
第2章動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學背景13
2.1歷史觀點13
2.2簡介13
2.3運算14
2.4微分方程16
2.5量綱一致18
2.6拉普拉斯變換20
2.7傳遞函數(shù)31
2.8框圖32
2.9MATLAB/SIMULINK36
2.9.1模擬計算機36
2.9.2用SIMULINK解答微分
方程40
2.9.3用SIMULINK確定傳遞
函數(shù)的輸出42
2.9.4不同的單位42
2.10小結43
2.11思考題43
2.12復習題43
第3章動態(tài)系統(tǒng)建模50
3.1歷史觀點50
3.2建模原則51
3.3表示數(shù)學模型的方法54
3.4教學建議56
3.5物理元件建模56
3.5.1類似點56
3.5.2across和through變量56
3.5.3分塊元件和它們的基本
方程57
3.6電子系統(tǒng)58
3.7流體系統(tǒng)——液壓59
3.8流體系統(tǒng)——氣動62
3.9機械式直線型系統(tǒng)63
3.10機械式旋轉系統(tǒng)65
3.11熱系統(tǒng)65
3.12物理系統(tǒng)建模70
3.13電子系統(tǒng)建模74
3.14用SIMULINK獲得用于分析或
模擬的傳遞函數(shù)81
3.15流體系統(tǒng)建模82
3.16氣動系統(tǒng)建模83
3.17機械系統(tǒng)建模85
3.18熱系統(tǒng)建模89
3.19混合系統(tǒng)建模90
3.20小結92
3.21思考題92
3.22復習題92第4章反饋控制100
4.1歷史觀點100
4.2定義、模型和反饋控制101
4.3系統(tǒng)的階104
4.4直流電機：  開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)
的比較107
4.5穩(wěn)態(tài)誤差分析112
4.6確定全反饋控制中的穩(wěn)態(tài)
誤差的過程116
4.7擾動造成的誤差117
4.8總體誤差119
4.9非全反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差119
4.10非線性119
4.11小結120
4.12思考題120
4.13復習題120
第5章穩(wěn)定性和動態(tài)響應124
5.1簡介124
5.2穩(wěn)定性分析124
5.3Routh標準125
5.4小結132
5.5思考題132
5.6復習題132
目錄ⅦⅥ動態(tài)系統(tǒng)建模與控制第6章時域性能特征135
6.1簡介135
6.2極點位置135
6.3擾動系統(tǒng)以調查系統(tǒng)特征135
6.4一階系統(tǒng)136
6.5一階系統(tǒng)對階躍輸入的響應136
6.6用方波激勵一階系統(tǒng)138
6.7Tr和BW及τ之間的關系139
6.8二階系統(tǒng)分類139
6.9二階系統(tǒng)對階躍輸入的響應141
6.10主根145
6.11小結146
6.12思考題147
6.13復習題147
第7章根軌跡分析154
7.1歷史154
7.2簡介154
7.3根軌跡基本理論155
7.4GH(s)的正確表示法155
7.5傳遞函數(shù)因式的圖形表示法156
7.5.1根的數(shù)量157
7.5.2實軸上的根軌跡段158
7.5.3根軌跡上的終點159
7.6簡單示例160
7.7漸近線162
7.8根軌跡與實軸相交163
7.9漸近線形心165
7.10軌跡與虛軸相交166
7.11軌跡在復極點或0點的方向167
7.12繪制軌跡167
7.13在軌跡上定位根169
7.14增益以外的參數(shù)的根軌跡170
7.15通過根軌跡進行系統(tǒng)分析172
7.16各種極點－0點排列的典型
根軌跡集合173
7.17使用MATLAB繪制根
軌跡175
7.18根軌跡繪制規(guī)則總結175
7.19小結178
7.20思考題178
7.21復習題178
第8章頻率響應分析181
8.1歷史觀點181
8.2簡介181
8.3數(shù)學基礎182
8.4返回到OLTF的原始表示法182
8.5對正弦信號輸入的系統(tǒng)響應182
8.6頻率響應圖的應用182
8.7一階系統(tǒng)響應184
8.8二階系統(tǒng)響應185
8.9共振187
8.10繪制Bode圖188
8.10.1建議用于幅度曲線的繪制
過程（普通計算方法）193
8.10.2更正漸近幅度曲線196
8.10.3角曲線196
8.11使用MATLAB獲得Bode圖198
8.12柯西的輻角原理198
8.13穩(wěn)定性分析201
8.14非最小相位系統(tǒng)205
8.15相對穩(wěn)定性（增益裕度和相位
裕度）206
8.16閉環(huán)頻率響應207
8.17來自Bode圖的穩(wěn)定性和相對
穩(wěn)定性208
8.18使用MATLAB獲得GM和
PM209
8.19使用MATLAB獲得Nyquist
圖209
8.20Nichols坐標和Nichols圖209
8.21使用MATLAB生成Nichols
圖211
8.22各種方法的比較211
8.23小結212
8.24思考題212
8.25復習題213
第9章狀態(tài)空間法簡介218
9.1歷史觀點218
9.2簡介218
9.3矩陣基礎218
9.4動態(tài)系統(tǒng)表示法219
9.5將微分方程轉換為狀態(tài)空間220
9.6將傳遞函數(shù)轉換為狀態(tài)空間221
9.7使用狀態(tài)空間建模223
9.8將SIMULINK框圖轉換為
狀態(tài)空間223
9.9矩陣的秩225
9.10一階微分方程的合并226
9.11使用MATLAB的變換過程227
9.12其他控制領域228
9.13小結229
9.14思考題229
9.15復習題229
第10章控制系統(tǒng)的設計231
10.1歷史觀點231
10.2簡介232
10.3精度要求233
10.4對動態(tài)行為的要求233
10.5標準形式234
10.6回路中補償器的位置237
10.7級聯(lián)補償?shù)脑O計方法238
10.8使用代數(shù)進行設計239
10.9級聯(lián)補償?shù)腂ode圖設計241
10.9.1Bode圖級聯(lián)設計——
超前補償241
10.9.2Bode圖級聯(lián)設計——
滯后補償249
10.10反饋補償?shù)腂ode設計254
10.11反饋補償?shù)腂ode
設計的圖形法256
10.12超前補償與滯后補償?shù)谋容^260
10.13使用根軌跡進行設計260
10.14分區(qū)262
10.15極點布置265
10.16使用狀態(tài)變量進行極點布置267
10.17參數(shù)平面268
10.18PID控制器272
10.19ZieglerNichols方法274
10.20ZieglerNichols調整過程275
10.21對設定點求微分的意義279
10.22小結281
10.23思考題281
10.24復習題281
第11章用PLC硬件實現(xiàn)控制模式284
11.1簡介284
11.2影響系統(tǒng)選擇的因素284
11.3示例實現(xiàn)平臺284
11.4對各種實現(xiàn)控制任務的方法
的比較286
11.5PLC簡介287
11.6用PLC實現(xiàn)PID閉環(huán)控制291
11.6.1基本的控制術語292
11.6.2輸入信號的類型和
范圍293
11.6.3低通濾波293
11.6.4模擬信號的內部表示294
11.6.5綜合的編程和監(jiān)控
環(huán)境297
11.6.6調整參數(shù)303
11.6.7輸入303
11.6.8輸出303
11.6.9PID調整參數(shù)的選擇304
11.7小結304
11.8思考題304
11.9復習題304
第12章數(shù)字控制系統(tǒng)簡介307
12.1歷史觀點307
12.2簡介307
12.3z變換308
12.4使用z變換捕獲差分方程310
12.5零階保持311
12.6連續(xù)到離散的傳遞函數(shù)轉換312
12.7獲得離散傳遞函數(shù)的后向
規(guī)則法（直接代換）313
12.8獲得離散傳遞函數(shù)的后向
規(guī)則法（使用變換）315
12.9獲得離散傳遞函數(shù)的拉普
拉斯變換法317
12.10其他近似方法319
Ⅷ動態(tài)系統(tǒng)建模與控制12.11使用MATLAB進行連續(xù)
到離散的轉換320
12.12PID控制321
12.13將連續(xù)設計轉換為離散
實現(xiàn)的過程321
12.14小結323
12.15思考題323
12.16復習題323
第13章實例研究：使用DC螺線管
的位置控制系統(tǒng)32513.1簡介325
13.2過程概述325
13.3問題定義325
13.4驅動器的選擇和實現(xiàn)326
13.5測試327
13.6建模327
13.7螺線管驅動器的選擇328
13.8模型參數(shù)的確定和測量328
13.9模擬329
13.10控制器的選擇（連續(xù)型設備）329
13.11最初的控制器設計：比例反饋329
13.12改進的設計：PD控制器329
13.13用數(shù)字控制器實現(xiàn)329
13.14小結329
13.15思考題330
附錄ATr、BW和τ之間關系的推導331
附錄BMATLAB基礎333
B.1有用的命令334
B.2函數(shù)335
B.3腳本文件336
B.4函數(shù)文件337
B.5繪制SIMULINK模擬結果339
附錄C用于漸進Bode幅度繪制的
MATLAB函數(shù)asymbode.m340
C.1程序清單340
C.2應用342
附錄DAllenBradley的PID指令
（AllenBradley公司惠贈）343
D.1過程控制指令343
D.2 應用示例：PID調整360
附錄EDC螺線管的特征362
附錄F直流電機的制造廠家規(guī)格
（經(jīng)Bodline電氣公司許可）365
附錄G開發(fā)你的創(chuàng)意組合的原則36810.9.2Bode圖級聯(lián)設計——滯后補償