目 錄
前言
第1章 緒論
1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作機(jī)理與研究范圍
1.1.1 自動(dòng)控制的定義
1.1.2 開環(huán)控制與閉環(huán)控制
1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)分類
1.2.1 按信號(hào)傳遞、 處理和描述關(guān)系性質(zhì)的分類
1.2.2 按系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型性質(zhì)的分類
1.2.3 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的分類
1.2.4 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、 參數(shù)和信號(hào)共性的分類
1.3 控制理論與應(yīng)用研究的主要問題
1.3.1 控制理論研究的典型問題
1.3.2 控制系統(tǒng)的基本特性
1.3.3 控制系統(tǒng)的參考信號(hào)
1.3.4 瞬態(tài)響應(yīng)的特性指標(biāo)
1.4 控制理論與應(yīng)用研究的交叉學(xué)科
1.5 習(xí)題
第 2 章 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與建模方法
2.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的定義與類型
2.1.1 數(shù)學(xué)模型的定義
2.1.2 系統(tǒng)模型的類型
2.2 數(shù)學(xué)模型建立的一般步驟
2.3 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的后處理技術(shù)
2.3.1 微分或差分方程的一般形式
2.3.2 非線性模型的線性化
2.3.3 模型降階
2.4 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型
2.4.1 傳遞函數(shù)的定義
2.4.2 傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)
2.4.3 傳遞函數(shù)與輸入輸出關(guān)系
2.4.4 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)
2.5 SISO 系統(tǒng)框圖與傳遞函數(shù)
2.5.1 框圖的定義與繪制
2.5.2 框圖的基本聯(lián)接形式
2.5.3 框圖結(jié)構(gòu)變換與簡(jiǎn)化
2.5.4 控制系統(tǒng)的信號(hào)流圖
2.5.5 梅森 （Mason） 增益公式
2.6 MIMO 系統(tǒng)框圖與傳遞函數(shù)矩陣
2.6.1 傳遞函數(shù)矩陣定義及其輸入輸出關(guān)系
2.6.2 MIMO 系統(tǒng)的基本聯(lián)接形式
2.6.3 廣義信號(hào)流圖與 MIMO 系統(tǒng)簡(jiǎn)化
2.6.4 系統(tǒng)耦合的定義與意義
2.6.5 系統(tǒng)解耦方法一 ———對(duì)角化解耦
2.6.6 系統(tǒng)解耦方法二 ———對(duì)角優(yōu)勢(shì)化解耦
2.7 習(xí)題
第 3 章 控制系統(tǒng)特性的時(shí)域分析法
3.1 時(shí)域分析法概述
3.2 系統(tǒng)對(duì)輸入的穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.2.1 穩(wěn)態(tài)誤差定義及其指標(biāo)
3.2.2 系統(tǒng)按積分環(huán)節(jié)數(shù)分類
3.2.3 穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算方法
3.2.4 各型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算與比較
3.2.5 穩(wěn)態(tài)誤差的物理意義
3.2.6 穩(wěn)態(tài)誤差與零極點(diǎn)的關(guān)系
3.3 系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)輸入的穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.4 系統(tǒng)特性變化的穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.4.1 系統(tǒng)靜特性變化對(duì)輸出響應(yīng)的影響
3.4.2 一般系統(tǒng)變化對(duì)輸出響應(yīng)的影響
3.4.3 靈敏度定義與分析
3.5 系統(tǒng)對(duì)輸入激勵(lì)的瞬態(tài)響應(yīng)分析
3.5.1 瞬態(tài)響應(yīng)的若干術(shù)語
3.5.2 輸入輸出的時(shí)域卷積分關(guān)系
3.5.3 典型環(huán)節(jié)的瞬態(tài)響應(yīng)計(jì)算
3.5.4 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)計(jì)算
3.5.5 高階系統(tǒng)瞬態(tài)分析
3.6 系統(tǒng)對(duì)輸入的動(dòng)態(tài)誤差分析
3.6.1 動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)的定義
3.6.2 動(dòng)態(tài)誤差的物理意義
3.7 控制系統(tǒng)的時(shí)間區(qū)間誤差性能簡(jiǎn)介
3.8 系統(tǒng)穩(wěn)定性概念及其代數(shù)判據(jù)
3.8.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義及意義
3.8.2 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性與傳遞函數(shù)的關(guān)系
3.8.3 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)
3.9 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的模型降階
3.9.1 模型降階的 Pade 近似法
3.9.2 模型降階的 Routh－Pade 近似法
3.9.3 模型降階的 Routh 直接近似法
3.10 習(xí)題
第 4 章 控制系統(tǒng)特性的根軌跡分析法
4.1 根軌跡定義及其基本性質(zhì)
4.1.1 根軌跡的定義
4.1.2 根軌跡的基本性質(zhì)
4.2 系統(tǒng)根軌跡的繪制方法一 ———圖解法
4.2.1 圖解法的基本規(guī)則
4.2.2 圖解法繪制根軌跡的一般步驟
4.3 系統(tǒng)根軌跡的繪制方法二 ———解析法
4.3.1 根軌跡方程的 δ－ω 方程轉(zhuǎn)化
4.3.2 根軌跡方程的曲線解析形式
4.3.3 典型系統(tǒng)根軌跡的 δ－ω 解析式
4.3.4 解析法中根軌跡開環(huán)增益Ｋ的確定
4.3.5 疊加性在高階系統(tǒng)根軌跡繪制中的應(yīng)用
4.4 系統(tǒng)根軌跡的繪制方法三 ———計(jì)算機(jī)輔助繪制法
4.4.1 直接法一 ———基于根軌跡方程的直接法
4.4.2 直接法二 ———基于解析法的直接法
4.4.3 直接法三 ———基于 Routh 陣列的直接法
4.4.4 間接法———數(shù)值積分法
4.5 幾類特殊控制系統(tǒng)的根軌跡及其繪制
4.5.1 正反饋系統(tǒng)的根軌跡繪制
4.5.2 多參變量的根軌跡簇
4.5.3 非標(biāo)準(zhǔn)形式參量系統(tǒng)的根軌跡
4.5.4 含時(shí)滯環(huán)節(jié)系統(tǒng)的根軌跡
4.5.5 含分布時(shí)滯系統(tǒng)的根軌跡
4.6 習(xí)題
第 5 章 控制系統(tǒng)特性的頻率域分析法
5.1 頻率域分析法概述
5.2 系統(tǒng)頻率特性定義及其與傳遞函數(shù)的關(guān)系
5.2.1 系統(tǒng)頻率特性定義
5.2.2 系統(tǒng)頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系
5.2.3 系統(tǒng)的復(fù)域、 時(shí)域和頻域傳遞關(guān)系
5.2.4 頻率特性與基本特性的分區(qū)關(guān)系
5.3 系統(tǒng)頻率特性分析法一 ———極坐標(biāo)圖
5.3.1 極坐標(biāo)圖的定義與繪制
5.3.2 典型環(huán)節(jié)的極坐標(biāo)圖
5.3.3 一般系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖繪制
5.3.4 極坐標(biāo)圖與最小相位系統(tǒng)
5.3.5 極坐標(biāo)圖與 Nyquist 穩(wěn)定判據(jù)
5.3.6 復(fù)放縮 Nyquist 穩(wěn)定判據(jù)
5.3.7 極坐標(biāo)圖與系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量
5.3.8 關(guān)于極坐標(biāo)圖的繞向問題
5.3.9 傳遞函數(shù)模型降階的頻域方法
5.3.10 傳遞函數(shù)模型辨識(shí)的頻域方法
5.3.11 二階系統(tǒng)頻域性能指標(biāo)與阻尼系數(shù)的關(guān)系
5.4 系統(tǒng)頻率特性分析法二 ———對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖
5.4.1 對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖的定義與繪制
5.4.2 典型環(huán)節(jié)頻率特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖
5.4.3 一般系統(tǒng)的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖繪制
5.4.4 對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖應(yīng)用一 ———穩(wěn)態(tài)誤差的讀圖計(jì)算
5.4.5 對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖應(yīng)用二 ———穩(wěn)定分析與穩(wěn)定裕量讀圖計(jì)算
5.4.6 對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖應(yīng)用三———傳遞函數(shù)模型的讀圖辨識(shí)與降階
5.4.7 對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖應(yīng)用四———瞬態(tài)特性的讀圖計(jì)算
5.4.8 最小相位系統(tǒng)的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖性質(zhì)
5.5 習(xí)題
第 6 章 控制系統(tǒng)校正與綜合的經(jīng)典方法
6.1 系統(tǒng)校正與綜合的定義與問題
6.1.1 系統(tǒng)綜合的定義和主要問題
6.1.2 控制系統(tǒng)綜合的經(jīng)典方法
6.2 典型校正裝置及其特性
6.2.1 微分校正裝置
6.2.2 積分校正裝置
6.2.3 積分－微分校正裝置
6.2.4 常見無源校正裝置
6.2.5 常見有源校正裝置
6.3 系統(tǒng)校正的根軌跡綜合設(shè)計(jì)法
6.3.1 附加零極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響
6.3.2 串聯(lián)微分校正裝置的根軌跡設(shè)計(jì)
6.3.3 串聯(lián)積分校正裝置的根軌跡設(shè)計(jì)
6.3.4 串聯(lián)積分－微分校正裝置的根軌跡設(shè)計(jì)
6.3.5 串聯(lián)校正裝置的直接綜合法
6.4 系統(tǒng)校正的頻域綜合設(shè)計(jì)法
6.4.1 頻域綜合法的基本步驟
6.4.2 各種時(shí)域指標(biāo)與頻域指標(biāo)的關(guān)系
6.4.3 串聯(lián)校正裝置的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖綜合法
6.4.4 并聯(lián)校正裝置的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖綜合法
6.5 習(xí)題
第 7 章 線性離散控制系統(tǒng)的分析基礎(chǔ)
7.1 離散控制系統(tǒng)的研究范圍
7.2 離散控制系統(tǒng)的基本概念
7.2.1 采樣控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)與結(jié)構(gòu)
7.2.2 采樣過程及其脈沖序列表現(xiàn)
7.2.3 周期采樣與采樣定理
7.2.4 保持器與模擬信號(hào)恢復(fù)
7.3 離散信號(hào)ｚ－變換及其基本性質(zhì)
7.3.1 ｚ－變換的定義
7.3.2 ｚ－變換函數(shù)的求法
7.3.3 ｚ－變換的基本性質(zhì)
7.3.4 ｚ－逆變換及其求法
7.4 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
7.4.1 差分方程及其解法
7.4.2 脈沖傳遞函數(shù)
7.5 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
7.5.1 ｓ－平面與 ｚ－平面的映射關(guān)系
7.5.2 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)
7.5.3 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的 Routh 判據(jù)
7.5.4 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的Schur－Cohn 判據(jù)
7.5.5 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的 Ｊury 判據(jù)
7.6 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析
7.7 離散控制系統(tǒng)的瞬態(tài)特性分析
7.7.1 離散控制系統(tǒng)極點(diǎn)和瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)系
7.7.2 離散控制系統(tǒng)瞬態(tài)特性的主導(dǎo)極點(diǎn)
7.8 離散控制系統(tǒng)的校正與綜合設(shè)計(jì)
7.8.1 離散控制系統(tǒng)校正的概念與方法
7.8.2 校正裝置的設(shè)計(jì)方法
7.8.3 最少拍系統(tǒng)的特性與設(shè)計(jì)
7.9 離散控制系統(tǒng)的復(fù)域／頻域分析
7.9.1 離散控制系統(tǒng)分析的根軌跡法
7.9.2 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的復(fù)放縮 Nyquist 判據(jù)
7.9.3 離散控制系統(tǒng)的頻域特性及其性質(zhì)
7.10 習(xí)題
第 8 章 控制系統(tǒng)特性的狀態(tài)空間分析法
8.1 狀態(tài)空間的基本概念與模型建立
8.1.1 狀態(tài)空間的基本概念
8.1.2 狀態(tài)空間模型的建立
8.1.3 狀態(tài)空間模型的主要標(biāo)準(zhǔn)型
8.1.4 幾類特殊系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型
8.2 狀態(tài)方程組求解與狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
8.2.1 線性時(shí)不變狀態(tài)方程組的解
8.2.2 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的概念、性質(zhì)和求取方法
8.2.3 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程求解與示例
8.3 狀態(tài)空間模型與傳遞函數(shù)模型的關(guān)系
8.3.1 狀態(tài)空間模型與傳遞函數(shù) （或傳遞函數(shù)矩陣）
8.3.2 同一傳遞函數(shù)的不同狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)的關(guān)系
8.4 基于狀態(tài)空間模型的穩(wěn)定性分析
8.4.1 狀態(tài)穩(wěn)定性的幾個(gè)數(shù)學(xué)概念
8.4.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性判定的 Lyapunov 第二法
8.4.3 線性定常狀態(tài)空間模型的穩(wěn)定性
8.5 系統(tǒng)狀態(tài)的能控性和能觀性
8.5.1 能控性的定義與判據(jù)
8.5.2 能觀性的定義與判據(jù)
8.5.3 能控性與能觀性的對(duì)偶性
8.5.4 能控性／能觀性的輻角原理判據(jù)
8.6 習(xí)題
第 9 章 非線性控制系統(tǒng)的分析基礎(chǔ)
9.1 非線性系統(tǒng)概述
9.1.1 非線性及其基本特性
9.1.2 典型非線性環(huán)節(jié)
9.1.3 非線性系統(tǒng)的主要特性
9.1.4 非線性系統(tǒng)的建模方法
9.2 非線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法———相平面法
9.2.1 相平面的定義與基本概念
9.2.2 相平面圖的繪制
9.2.3 二階線性定常系統(tǒng)的相平面分析
9.2.4 二階非線性系統(tǒng)的相平面分析
9.3 非線性系統(tǒng)的頻域分析法———描述函數(shù)法
9.3.1 描述函數(shù)的定義與基本性質(zhì)
9.3.2 非線性環(huán)節(jié)描述函數(shù)的計(jì)算
9.3.3 基于描述函數(shù)法的非線性系統(tǒng)穩(wěn)定分析
9.4 Luré 非線性系統(tǒng)與絕對(duì)穩(wěn)定性分析
9.4.1 Luré 非線性系統(tǒng)描述和基本概念
9.4.2 Luré 非線性系統(tǒng)的經(jīng)典圓盤穩(wěn)定判據(jù)
9.4.3 基于復(fù)放縮 Nyquist 軌跡的圓盤穩(wěn)定判據(jù)
9.5 習(xí)題
附錄 常用函數(shù)的Laplace 變換／ｚ－變換對(duì)照表
參考文獻(xiàn)