現(xiàn)代控制工程（第五版）

第1章 控制系統(tǒng)簡介
1.1 引言
1.1.1 控制理論和實(shí)踐發(fā)展史的簡單回顧
1.1.2 定義
1.2 控制系統(tǒng)舉例
1.2.1 速度控制系統(tǒng)
1.2.2 溫度控制系統(tǒng)
1.2.3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)
1.2.4 魯棒控制系統(tǒng)
1.3 閉環(huán)控制和開環(huán)控制
1.3.1 反饋控制系統(tǒng)
1.3.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.3.3 開環(huán)控制系統(tǒng)
1.3.4 閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較
1.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正
1.4.1 性能指標(biāo)
1.4.2 系統(tǒng)的校正
1.4.3 設(shè)計(jì)步驟
1.5 本書概況
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.1 引言
2.1.1 數(shù)學(xué)模型
2.1.2 簡化性和精確性
2.1.3 線性系統(tǒng)
2.1.4 線性定常系統(tǒng)和線性時(shí)變系統(tǒng)
2.2 傳遞函數(shù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)
2.2.1 傳遞函數(shù)
2.2.2 傳遞函數(shù)的說明
2.2.3 卷積積分
2.2.4 脈沖響應(yīng)函數(shù)
2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)
2.3.1 方框圖
2.3.2 閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖
2.3.3 開環(huán)傳遞函數(shù)和前向傳遞函數(shù)
2.3.4 閉環(huán)傳遞函數(shù)
2.3.5 用MATLAB求串聯(lián)、并聯(lián)和反饋（閉環(huán)）傳遞函數(shù)
2.3.6 自動(dòng)控制器
2.3.7 工業(yè)控制器分類
2.3.8 雙位或開-關(guān)控制作用
2.3.9 比例控制作用
2.3.10 積分控制作用
2.3.11 比例-加-積分控制作用
2.3.12 比例-加-微分控制作用
2.3.13 比例-加-積分-加-微分控制作用
2.3.14 擾動(dòng)作用下的閉環(huán)系統(tǒng)
2.3.15 畫方框圖的步驟
2.3.16 方框圖的簡化
2.4 狀態(tài)空間模型
2.4.1 現(xiàn)代控制理論
2.4.2 現(xiàn)代控制理論與傳統(tǒng)控制理論的比較
2.4.3 狀態(tài)
2.4.4 狀態(tài)變量
2.4.5 狀態(tài)向量
2.4.6 狀態(tài)空間
2.4.7 狀態(tài)空間方程
2.4.8 傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間方程之間的關(guān)系
2.4.9 傳遞矩陣
2.5 純量微分方程系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式
2.5.1 線性微分方程作用函數(shù)中不包含導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的n階系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式
2.5.2 線性微分方程作用函數(shù)中包含導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的n階系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式
2.6 用MATLAB進(jìn)行數(shù)學(xué)模型變換
2.6.1 由傳遞函數(shù)變換為狀態(tài)空間表達(dá)式
2.6.2 由狀態(tài)空間表達(dá)式變換為傳遞函數(shù)
2.7 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化
2.7.1 非線性系統(tǒng)
2.7.2 非線性系統(tǒng)的線性化
2.7.3 非線性數(shù)學(xué)模型的線性近似
例題和解答
習(xí)題
第3章 機(jī)械系統(tǒng)和電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.1 引言
3.2 機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.3 電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.3.1 LRC電路
3.3.2 串聯(lián)元件的傳遞函數(shù)
3.3.3 復(fù)阻抗
3.3.4 無負(fù)載效應(yīng)串聯(lián)元件的傳遞函數(shù)
3.3.5 電子控制器
3.3.6 運(yùn)算放大器
3.3.7 反相放大器
3.3.8 非反相放大器
3.3.9 求傳遞函數(shù)的阻抗法
3.3.10 利用運(yùn)算放大器構(gòu)成的超前或滯后網(wǎng)絡(luò)
3.3.11 利用運(yùn)算放大器構(gòu)成的PID控制器
例題和解答
習(xí)題
第4章 流體系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
4.1 引言
4.2 液位系統(tǒng)
4.2.1 液位系統(tǒng)的液阻和液容
4.2.2 液位系統(tǒng)
4.2.3 相互有影響的液位系統(tǒng)
4.3 氣動(dòng)系統(tǒng)
4.3.1 氣動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)之間的比較
4.3.2 氣動(dòng)系統(tǒng)
4.3.3 壓力系統(tǒng)的氣阻和氣容
4.3.4 壓力系統(tǒng)
4.3.5 氣動(dòng)噴嘴-擋板放大器
4.3.6 氣動(dòng)接續(xù)器
4.3.7 氣動(dòng)比例控制器（力-距離型）
4.3.8 氣動(dòng)比例控制器（力-平衡型）
4.3.9 氣動(dòng)執(zhí)行閥
4.3.10 獲得微分控制作用的基本原理
4.3.11 獲得氣動(dòng)比例-加-積分控制作用的方法
4.3.12 獲得氣動(dòng)比例-加-積分-加-微分控制作用的方法
4.4 液壓系統(tǒng)
4.4.1 液壓系統(tǒng)
4.4.2 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)
4.4.3 說明
4.4.4 液壓伺服系統(tǒng)
4.4.5 液壓積分控制器
4.4.6 液壓比例控制器
4.4.7 緩沖器
4.4.8 獲得液壓比例-加-積分控制作用的方法
4.4.9 獲得液壓比例-加-微分控制作用的方法
4.4.10 獲取液壓比例-加-積分-加-微分控制作用的方法
4.5 熱力系統(tǒng)
4.5.1 熱阻和熱容
4.5.2 熱力系統(tǒng)
例題和解答
習(xí)題
第5章 瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析
5.1 引言
5.1.1 典型試驗(yàn)信號
5.1.2 瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)
5.1.3 絕對穩(wěn)定性、相對穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差
5.2 一階系統(tǒng)
5.2.1 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
5.2.2 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
5.2.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
5.2.4 線性定常系統(tǒng)的重要特性
5.3 二階系統(tǒng)
5.3.1 伺服系統(tǒng)
5.3.2 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
5.3.3 瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的定義
5.3.4 關(guān)于瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的幾點(diǎn)說明
5.3.5 二階系統(tǒng)及其瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)
5.3.6 帶速度反饋的伺服系統(tǒng)
5.3.7 二階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)
5.4 高階系統(tǒng)
5.4.1 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)
5.4.2 閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)
5.4.3 復(fù)平面上的穩(wěn)定性分析
5.5 用MATLAB進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析
5.5.1 引言
5.5.2 線性系統(tǒng)的MATLAB表示
5.5.3 在圖形屏幕上書寫文本
5.5.4 標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)的MATLAB描述
5.5.5 求傳遞函數(shù)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
5.5.6 用MATLAB繪制單位階躍響應(yīng)曲線的三維圖
5.5.7 用MATLAB求上升時(shí)間、峰值時(shí)間、最大過調(diào)量和調(diào)整時(shí)間
5.5.8 脈沖響應(yīng)
5.5.9 求脈沖響應(yīng)的另一種方法
5.5.10 斜坡響應(yīng)
5.5.11 在狀態(tài)空間中定義的系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
5.5.12 求對任意輸入信號的響應(yīng)
5.5.13 對初始條件的響應(yīng)
5.5.14 對初始條件的響應(yīng)（狀態(tài)空間法，情況1）
5.5.15 對初始條件的響應(yīng)（狀態(tài)空間法，情況2）
5.5.16 利用命令I(lǐng)nitial求對初始條件的響應(yīng)
5.6 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
5.6.1 勞斯穩(wěn)定判據(jù)簡介
5.6.2 特殊情況
5.6.3 相對穩(wěn)定性分析
5.6.4 勞斯穩(wěn)定判據(jù)在控制系統(tǒng)分析中的應(yīng)用
5.7 積分和微分控制作用對系統(tǒng)性能的影響
5.7.1 積分控制作用
5.7.2 系統(tǒng)的比例控制
5.7.3 系統(tǒng)的積分控制
5.7.4 對轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的響應(yīng)（比例控制）
5.7.5 對轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的響應(yīng)（比例-加-積分控制）
5.7.6 微分控制作用
5.7.7 帶慣性負(fù)載系統(tǒng)的比例控制
5.7.8 帶慣性負(fù)載系統(tǒng)的比例-加-微分控制
5.7.9 二階系統(tǒng)的比例-加-微分控制
5.8 單位反饋控制系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)誤差
5.8.1 控制系統(tǒng)的分類
5.8.2 穩(wěn)態(tài)誤差
5.8.3 靜態(tài)位置誤差常數(shù)Kp
5.8.4 靜態(tài)速度誤差常數(shù)Kv
5.8.5 靜態(tài)加速度誤差常數(shù)Ka
5.8.6 小結(jié)
例題和解答
習(xí)題
第6章 利用根軌跡法進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)
6.1 引言
6.2 根軌跡圖
6.2.1 輻角和幅值條件
6.2.2 示例
6.2.3 根軌跡繪圖的一般規(guī)則
6.2.4 關(guān)于根軌跡圖的說明
6.2.5 G（s）的極點(diǎn)與H（s）的零點(diǎn)的抵消
6.2.6 典型的零-極點(diǎn)分布及其相應(yīng)的根軌跡
6.2.7 小結(jié)
6.3 用MATLAB繪制根軌跡圖
6.3.1 用MATLAB繪制根軌跡圖
6.3.2 定常ζ軌跡和定常ωn軌跡
6.3.3 在根軌跡圖上繪制極網(wǎng)格
6.3.4 條件穩(wěn)定系統(tǒng)
6.3.5 非最小相位系統(tǒng)
6.3.6 根軌跡與定常增益軌跡的正交性
6.3.7 求根軌跡上任意點(diǎn)的增益K值
6.4 正反饋系統(tǒng)的根軌跡圖
6.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根軌跡法
6.5.1 初步設(shè)計(jì)考慮
6.5.2 用根軌跡法進(jìn)行設(shè)計(jì)
6．5．3 串聯(lián)校正和并聯(lián)（或反饋）校正
6．5．4 常用校正裝置
6.5.5 增加極點(diǎn)的影響
6.5.6 增加零點(diǎn)的影響
6.6 超前校正
6.6.1 超前校正裝置和滯后校正裝置
6.6.2 基于根軌跡法的超前校正方法
6.6.3 已校正與未校正系統(tǒng)階躍響應(yīng)和斜坡響應(yīng)的比較
6.7 滯后校正
6.7.1 采用運(yùn)算放大器的電子滯后校正裝置
6.7.2 基于根軌跡法的滯后校正方法
6.7.3 用根軌跡法進(jìn)行滯后校正設(shè)計(jì)的步驟
6.8 滯后-超前校正
6．8．1 利用運(yùn)算放大器構(gòu)成的電子滯后-超前校正裝置
6.8.2 基于根軌跡法的滯后-超前校正方法
6.9 并聯(lián)校正
6.9.1 并聯(lián)校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理
6.9.2 速度反饋系統(tǒng)
例題和解答
習(xí)題
第7章 用頻率響應(yīng)法分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)
7.1 引言
7.1.1 求系統(tǒng)對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)輸出
7.1.2 用圖形表示頻率響應(yīng)特性
7.2 伯德圖
7.2.1 伯德圖或?qū)?shù)坐標(biāo)圖
7.2.2 G（jω）H（jω）的基本因子
7.2.3 增益K
7.2.4 積分和微分因子（jω）1
7.2.5 一階因子（1+jωT）1
7.2.6 二階因子［1+2 ζ（jω/ωn）+（jω/ωn）2］1
7.2.7 諧振頻率ωr和諧振峰值Mr
7.2.8 繪制伯德圖的一般步驟
7.2.9 最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)
7.2.10 傳遞延遲
7.2.11 系統(tǒng)類型與對數(shù)幅值曲線之間的關(guān)系
7.2.12 靜態(tài)位置誤差常數(shù)的確定
7.2.13 靜態(tài)速度誤差常數(shù)的確定
7.2.14 靜態(tài)加速度誤差常數(shù)的確定
7.2.15 用MATLAB繪制伯德圖
7.2.16 繪制定義在狀態(tài)空間中的系統(tǒng)的伯德圖
7.3 極坐標(biāo)圖
7.3.1 積分和微分因子（jω）1
7.3.2 一階因子（1+jωT）1
7.3.3 二階因子［1+2ζ（jω/ωn）+（jω/ωn）2］1
7.3.4 極坐標(biāo)圖的一般形狀
7.3.5 用MATLAB繪制奈奎斯特圖
7.3.6 注意事項(xiàng)
7.3.7 繪制定義在狀態(tài)空間中的系統(tǒng)的奈奎斯特圖
7.4 對數(shù)幅-相圖
7.5 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
7.5.1 預(yù)備知識
7.5.2 映射定理
7.5.3 映射定理在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用
7.5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
7.5.5 關(guān)于奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的幾點(diǎn)說明
7.5.6 G（s）H（s）含有位于jω軸上的極點(diǎn)和（或）零點(diǎn)的特殊情況
7.6 穩(wěn)定性分析
7.6.1 條件穩(wěn)定系統(tǒng)
7.6.2 多回路系統(tǒng)
7.6.3 應(yīng)用于逆極坐標(biāo)圖上的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
7.7 相對穩(wěn)定性分析
7.7.1 相對穩(wěn)定性
7.7.2 通過保角變換進(jìn)行相對穩(wěn)定性分析
7.7.3 相位裕量和增益裕量
7.7.4 關(guān)于相位裕量和增益裕量的幾點(diǎn)說明
7.7.5 用MATLAB求增益裕量、相位裕量、相位交界頻率和增益交界頻率
7.7.6 諧振峰值幅值Mr