本課程主要講解的內(nèi)容如下:1.控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬實(shí)驗(yàn);2.線(xiàn)性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)誤差分析;3.線(xiàn)性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析;4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正;5.狀態(tài)空間法;6.能控、能觀性;7.極點(diǎn)配置觀測(cè)器;8.*優(yōu)控制;9.自適應(yīng)控制;10.非線(xiàn)性分析基礎(chǔ);11.模糊控制與智能控制先進(jìn)控制技術(shù)在機(jī)器人,智能設(shè)備,交通工具,化工生產(chǎn)過(guò)程等行業(yè)的典型應(yīng)用。本教材圍繞上述內(nèi)容展開(kāi),注重經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論層次間的縱向聯(lián)接性,將理論與工程案例有機(jī)結(jié)合,培養(yǎng)研究生用理論指導(dǎo)解決工程問(wèn)題的思維習(xí)慣,提高讀者的現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)效率和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
1)采用圖文并茂的講解思路,由淺入深、逐層剖析,進(jìn)行PLC技術(shù)的理論講解和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力和認(rèn)知水平。2)緊跟時(shí)代發(fā)展,結(jié)合工程實(shí)際,對(duì)控制理論應(yīng)用的思路進(jìn)行講解。3)強(qiáng)化自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程間的縱向聯(lián)接性,把經(jīng)典控制理論,現(xiàn)代控制理論,高級(jí)控制理論與應(yīng)用放到一個(gè)系統(tǒng)框架中進(jìn)行講解,增強(qiáng)讀者的處理復(fù)雜工程能力。
自動(dòng)控制理論與技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,對(duì)提升社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)效率、改善工作條件、提高生產(chǎn)質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本均有立竿見(jiàn)影的作用。隨著國(guó)家大力推進(jìn)中國(guó)制造2025戰(zhàn)略,加快工業(yè)化與信息化融合進(jìn)程,控制理論與技術(shù)在其中發(fā)揮著舉足輕重的作用。編寫(xiě)和使用面向?qū)I(yè)碩士和工程技術(shù)人員的現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)教材,有利于快速培養(yǎng)該領(lǐng)域的高級(jí)應(yīng)用型人才,普及和推廣控制理論與方法在各行業(yè)中的應(yīng)用,助推國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。1. 本書(shū)的形成現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)是一門(mén)理論性與實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課!冬F(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)》基于東華理工大學(xué)控制工程、機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程講義編寫(xiě)。眾所周知,掌握并能熟練應(yīng)用該課程相關(guān)理論與方法解決工作中遇到的科學(xué)或工程問(wèn)題是控制工程與機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)碩士的培養(yǎng)方向,也是其成長(zhǎng)為高級(jí)應(yīng)用型工程技術(shù)人員的必由之路。作為面向來(lái)自不同本科專(zhuān)業(yè)背景的研究生教材,能幫助研究生快速掌握本領(lǐng)域廣泛使用的控制工程相關(guān)理論基礎(chǔ),對(duì)有效提升研究生的培養(yǎng)質(zhì)量與效率有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前,與控制理論相關(guān)的教材普遍存在理論艱深、內(nèi)容陳舊且與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)的問(wèn)題。本教材是編者以近年教改成果為基礎(chǔ),結(jié)合編者本人從事科研的體會(huì),精選面向?qū)I(yè)碩士研究生與工程技術(shù)人員的實(shí)用控制理論與技術(shù)內(nèi)容編寫(xiě)而成的,可供相關(guān)院校與專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員選擇使用。通過(guò)對(duì)本教材內(nèi)容的學(xué)習(xí),一方面可以加深讀者對(duì)理論知識(shí)的理解,另一方面可以提升讀者對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的思考、抽象、分析、推理和解決工程問(wèn)題的能力。2. 主要內(nèi)容根據(jù)東華理工大學(xué)現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)大綱,本教材的主要內(nèi)容包含如下方面:①緒論,包括控制理論的應(yīng)用意義、發(fā)展階段及其面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向;②經(jīng)典控制理論,包括經(jīng)典控制理論概述、數(shù)學(xué)模型與典型環(huán)節(jié)、時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法和離散控制系統(tǒng)等內(nèi)容;③現(xiàn)代控制理論,包括現(xiàn)代控制理論概述、狀態(tài)空間與數(shù)學(xué)模型變換、離散系統(tǒng)狀態(tài)空間的解、系統(tǒng)的能控能觀性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定判據(jù)和極點(diǎn)配置與觀測(cè)器等內(nèi)容;④*優(yōu)控制,包括*優(yōu)控制理論概述、*優(yōu)控制的變分法、極小值原理和線(xiàn)性二次型*優(yōu)控制系統(tǒng)等內(nèi)容;⑤自適應(yīng)控制,包括自適應(yīng)控制概述、模型參考自適應(yīng)控制、自校正控制和新型自適應(yīng)控制技術(shù)簡(jiǎn)介等內(nèi)容;⑥智能控制,包括智能控制概述、模糊邏輯控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等內(nèi)容。本教材涵蓋了當(dāng)前科研領(lǐng)域和工程領(lǐng)域主流的控制理論及方法,是一部?jī)?nèi)容精而全的教科書(shū)。3. 編寫(xiě)特色相較于其他教材,在內(nèi)容體系與結(jié)構(gòu)上,本教材提供多領(lǐng)域的工程案例,使得抽象難懂的理論知識(shí)變成形象具體的知識(shí);在知識(shí)表述方式上,本教材簡(jiǎn)化甚至避免復(fù)雜的推理過(guò)程。本教材以應(yīng)用為目的,以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,突出解決問(wèn)題、分析問(wèn)題與動(dòng)手能力的培養(yǎng),對(duì)鞏固研究生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和構(gòu)建專(zhuān)業(yè)思維起到非常關(guān)鍵的作用。該教材的特色與創(chuàng)新體現(xiàn)在:在內(nèi)容上,將經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論與智能控制理論知識(shí)整合在一起,將控制對(duì)象在不同時(shí)期的研究方法進(jìn)行對(duì)比,利于讀者理解不同理論方法之間的內(nèi)在聯(lián)系與優(yōu)缺點(diǎn);在結(jié)構(gòu)上,體現(xiàn)了理論與實(shí)踐相統(tǒng)一的思想,相較于以前的教材更加注重實(shí)踐;在知識(shí)表述方式上,側(cè)重以應(yīng)用為導(dǎo)向的能力培養(yǎng)思路;同時(shí),本教材還進(jìn)一步擴(kuò)大了課程理論與應(yīng)用的覆蓋范圍,提升了課程的適應(yīng)性。目前,現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程是面向東華理工大學(xué)控制工程專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域碩士研究生課程建設(shè)項(xiàng)目,先后通過(guò)校級(jí)核心課程、校級(jí)課程思政示范課、江西省優(yōu)質(zhì)課程項(xiàng)目驗(yàn)收。該課程建設(shè)項(xiàng)目成果獲得東華理工大學(xué)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。Ⅱ現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)前言Ⅲ4. 作者致謝本教材為江西省學(xué)位教育優(yōu)質(zhì)課程現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程的配套教材。感謝東華理工大學(xué)研究生院、機(jī)械與電子工程學(xué)院的大力支持與資助;感謝江西省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)李躍忠教授、劉樹(shù)博副教授、劉國(guó)權(quán)副教授、吳生彪博士、朱立老師、葛遠(yuǎn)香老師等對(duì)本教材內(nèi)容提出的許多寶貴意見(jiàn);感謝羅翌綾、劉瑞、譚臻、張志遠(yuǎn)等同學(xué)參與本書(shū)的錄入、排版和插圖繪制;感謝華中科技大學(xué)出版社為本書(shū)的出版提供了有益的修改建議和付出的辛勤勞動(dòng)。5. 聯(lián)系作者本教材的內(nèi)容雖然經(jīng)過(guò)作者多年教學(xué)應(yīng)用與修改,但仍不免存在疏漏與錯(cuò)誤,歡迎使用本教材的教師同行和讀者批評(píng)指正。聯(lián)系郵箱為37171880@qq.com或xxluo@ecut.edu.cn。編者2024年8月于南昌
羅先喜,男,博士,教授。美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者,機(jī)械工業(yè)教育學(xué)會(huì)電氣及自動(dòng)化學(xué)科教學(xué)委員會(huì)委員,江西省自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事,東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院自動(dòng)化系主任。近年來(lái)一直從事儀器儀表工程,控制理論與控制工程領(lǐng)域的研究,主要研究方向是控制系統(tǒng)建模與優(yōu)化控制、檢測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理、能源管理系統(tǒng)和電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)。系統(tǒng)講授電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)、電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、過(guò)程控制、控制儀表與裝置等課程。主持和參與國(guó)家和省部級(jí)科研10項(xiàng),包括國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)。先后在國(guó)內(nèi)外知名期刊和會(huì)議上發(fā)表EI論文40余篇,出版專(zhuān)著1部,獲得國(guó)家專(zhuān)利授權(quán)5項(xiàng),軟件著作權(quán)15項(xiàng)。
1緒論(1)1.1控制理論的應(yīng)用意義(1)1.2控制理論的發(fā)展階段(2)1.3控制理論面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向(6)本章小結(jié)(7)思考題(7)2經(jīng)典控制理論(8)2.1經(jīng)典控制理論概述(8)2.2數(shù)學(xué)模型與典型環(huán)節(jié)(15)2.3時(shí)域分析法(31)2.4根軌跡法(57)2.5頻域分析法(71)2.6離散控制系統(tǒng)(96)本章小結(jié)(107)思考題(109)3現(xiàn)代控制理論(112)3.1現(xiàn)代控制理論概述(112)3.2狀態(tài)空間與數(shù)學(xué)模型變換(114)3.3離散系統(tǒng)狀態(tài)空間的解(136)3.4系統(tǒng)的能控能觀性(139)3.5系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定判據(jù)(154)3.6極點(diǎn)配置與觀測(cè)器(161)本章小結(jié)(170)思考題(171)4*優(yōu)控制(174)4.1*優(yōu)控制理論概述(174)4.2*優(yōu)控制的變分法(181)4.3極小值原理(196)4.4線(xiàn)性二次型*優(yōu)控制系統(tǒng)(212)本章小結(jié)(224)思考題(226)5自適應(yīng)控制(228)5.1自適應(yīng)控制概述(228)5.2模型參考自適應(yīng)控制(232)5.3自校正控制(244)5.4新型自適應(yīng)控制技術(shù)簡(jiǎn)介(261)本章小結(jié)(267)思考題(268)6智能控制(270)6.1智能控制概述(270)6.2模糊邏輯控制(275)6.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制(300)本章小結(jié)(322)思考題(323)附錄A常用函數(shù)的拉氏變換與z變換對(duì)照表(325)附錄B控制工程領(lǐng)域主要文獻(xiàn)檢索工具、學(xué)術(shù)期刊與學(xué)術(shù)會(huì)議(326)參考文獻(xiàn)(329)現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)目錄