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控制工程基础及MATLAB实践

“十一五”国家规划教材
样章
作者：
张若青 罗学科 王民
定价：
32.00元
ISBN：
978-7-04-023005-5
版面字数：
630.000千字
开本：
16开
全书页数：
401页
装帧形式：
平装
重点项目：
“十一五”国家规划教材
出版时间：
2008-03-04
读者对象：
高等教育
一级分类：
机械/能源类
二级分类：
机械设计制造及其自动化/机械工程/机械电子工程专业课
三级分类：
控制工程基础

本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,是为适应机械类专业学生学习控制理论而编写的,也适用于对控制理论有兴趣并希望尽快掌握其基本内容的工程师、学生等对象。

本书共分10章,包括控制理论的基本概念、控制系统的时域建模、频域描述、时域分析、反馈控制系统性能、根轨迹分析、频域分析法、控制系统设计、状态空间基础以及线性离散系统分析等基本内容,涵盖了经典控制理论的大部分内容,其中的状态空间法基础与离散系统分析部分,为进一步掌握现代控制理论以及计算机控制系统提供理论基础。

本书理论叙述力求简洁,同时注重实例分析,并结合MATLAB的数值分析功能,使分析数值化、图形化。每章都有小结与习题,便于读者自学和参考。

  • 第1章 绪论
    • 1.1 引言
    • 1.2 控制理论的发展历史
    • 1.3 控制系统的基本概念
      • 1.3.1 控制系统的基本构成
      • 1.3.2 控制系统的分类
      • 1.3.3 控制系统的质量指标
    • 1.4 机电控制系统实例
    • 1.5 MATLAB基础
      • 1.5.1 MATLAB简介
      • 1.5.2 MATLAB主要特点
    • 习题
  • 第2章 控制系统的时域模型
    • 2.1 物理系统的微分方程
    • 2.2 小偏差线性化
      • 2.2.1 问题的提出
      • 2.2.2 线性化
    • 2.3 状态与状态方程
      • 2.3.1 状态与状态变量
      • 2.3.2 状态方程
    • 2.4 机械系统数学模型的建立
      • 2.4.1 机械平移系统
      • 2.4.2 机械转动系统
      • 2.4.3 机械传动系统
    • 2.5 其他系统建模
    • 2.6 小结
    • 习题
  • 第3章 控制系统的复数域描述
    • 3.1 拉氏变换
      • 3.1.1 拉氏变换的定义
      • 3.1.2 拉氏变换的性质
      • 3.1.3 拉氏逆变换
      • 3.1.4 拉氏变换的应用
      • 3.1.5 MATLAB求解拉氏变换与拉氏逆变换
    • 3.2 传递函数
      • 3.2.1 传递函数的基本概念
      • 3.2.2 关于传递函数的几点说明
      • 3.2.3 传递函数阵
    • 3.3 动态结构图
      • 3.3.1 动态结构图的基本元素
      • 3.3.2 动态结构图的化简
    • 3.4 信号流图
      • 3.4.1 信号流图的基本元素
      • 3.4.2 动态结构图与信号流图之间的转换
      • 3.4.3 梅森公式
      • 3.4.4 基于MATLAB的结构图变换仿真
    • 3.5 典型环节与控制系统的传递函数
      • 3.5.1 典型环节
      • 3.5.2 控制系统的传递函数
    • 3.6 机电控制系统中的传感器与直流电动机
      • 3.6.1 传感器与编码器
      • 3.6.2 执行电动机
    • 3.7 实例分析
    • 3.8 小结
    • 习题
  • 第4章 控制系统的时域响应
    • 4.1 时域响应的性能指标
      • 4.1.1 典型测试信号
      • 4.1.2 时域性能指标
    • 4.2 一阶系统分析
      • 4.2.1 单位阶跃响应分析
      • 4.2.2 单位斜坡响应分析
      • 4.2.3 单位脉冲响应分析
      • 4.2.4 特征根的分布与响应形式之间的关系
    • 4.3 二阶系统分析
      • 4.3.1 单位阶跃响应
      • 4.3.2 单位阶跃响应的性能指标
      • 4.3.3 单位斜坡响应
      • 4.3.4 特征根分布与响应形式之间的关系
    • 4.4 增加零、极点对系统动态过程的影响
      • 4.4.1 单位反馈系统增加前向通路极点
      • 4.4.2 单位反馈系统增加前向通路零点
      • 4.4.3 闭环系统增加极点
      • 4.4.4 闭环系统增加零点
    • 4.5 高阶系统近似
    • 4.6 状态空间模型的时域响应分析
    • 4.7 MATLAB环境下时域响应分析
    • 4.8 稳定性分析
      • 4.8.1 稳定性概念
      • 4.8.2 代数稳定判据
      • 4.8.3 相对稳定性
    • 4.9 实例分析
    • 4.10 小结
    • 习题
  • 第5章 反馈控制系统的性能
    • 5.1 稳态误差
      • 5.1.1 非线性与误差
      • 5.1.2 误差的基本概念
      • 5.1.3 典型输入信号作用下的稳态误差
      • 5.1.4 稳态误差与闭环传递函数之间的关系
    • 5.2 反馈与参数鲁棒性
      • 5.2.1 参数灵敏度
      • 5.2.2 反馈控制系统中的干扰信号
      • 5.2.3 反馈的副作用
    • 5.3 指标函数与最优系统
      • 5.3.1 时域法
      • 5.3.2 频域法
    • 5.4 实例分析
    • 5.5 小结
    • 习题
  • 第6章 根轨迹分析
    • 6.1 基本概念
      • 6.1.1 根轨迹
      • 6.1.2 根轨迹方程
    • 6.2 根轨迹绘制法则
    • 6.3 根轨迹绘制举例
    • 6.4 其他形式的根轨迹
      • 6.4.1 正反馈系统的根轨迹
      • 6.4.2 非最小相位系统的根轨迹
      • 6.4.3 参数根轨迹
    • 6.5 根轨迹分析
    • 6.6 MATLAB环境下根轨迹的绘制
    • 6.7 实例分析
    • 6.8 小结
    • 习题
  • 第7章 频域分析法
    • 7.1 频率特性的概念
      • 7.1.1 频率特性的物理意义
      • 7.1.2 频率特性的数学意义
      • 7.1.3 频率特性的表示方法
      • 7.1.4 频率特性的性能指标
    • 7.2 典型环节的频率特性
      • 7.2.1 比例环节
      • 7.2.2 积分环节
      • 7.2.3 微分环节
      • 7.2.4 惯性环节
      • 7.2.5 一阶微分环节
      • 7.2.6 二阶振荡环节
      • 7.2.7 二阶微分环节
      • 7.2.8 一阶不稳定环节
      • 7.2.9 延迟环节
    • 7.3 控制系统的开环频率特性
      • 7.3.1 开环幅相特性
      • 7.3.2 开环对数频率特性
    • 7.4 频率特性的测试方法
    • 7.5 频域稳定性判据
      • 7.5.1 米哈伊洛夫定理
      • 7.5.2 奈奎斯特稳定性判据
      • 7.5.3 关于原点处极点或零点的处理
      • 7.5.4 稳定性判据的对数形式
      • 7.5.5 条件稳定系统
      • 7.5.6 多回路系统
    • 7.6 稳定裕度
    • 7.7 系统频域响应与时域响应的关系
      • 7.7.1 典型二阶系统时域响应与频域响应的关系
      • 7.7.2 一般系统时域响应与频域响应之间的关系
      • 7.7.3 开环频率特性与闭环频率特性之间的关系
    • 7.8 基于MATLAB的频域分析
    • 7.9 实例分析
    • 7.10 小结
    • 习题
  • 第8章 控制系统设计
    • 8.1 性能指标与设计方法
    • 8.2 校正方式
    • 8.3 串联校正网络
      • 8.3.1 超前校正网络
      • 8.3.2 滞后校正网络
      • 8.3.3 滞后－超前校正网络
    • 8.4 超前校正网络设计
      • 8.4.1 超前校正网络的频域设计
      • 8.4.2 超前校正网络的根轨迹设计
    • 8.5 滞后校正网络设计
      • 8.5.1 滞后校正网络的频域设计
      • 8.5.2 滞后校正网络的根轨迹设计
    • 8.6 实例分析
    • 8.7 小结
    • 习题
  • 第9章 状态空间法基础
    • 9.1 引论
    • 9.2 状态空间表达式的建立
      • 9.2.1 由结构图模型建立状态空间表达式
      • 9.2.2 由传递函数模型建立状态空间表达式
    • 9.3 状态变换
      • 9.3.1 状态向量的非唯一性及特征值不变性
      • 9.3.2 常用标准型
      • 9.3.3 MATLAB下建立状态空间模型
    • 9.4 系统能控性和能观性
      • 9.4.1 能控性
      • 9.4.2 能观性
      • 9.4.3 单输入系统的能控标准型和能观标准型
      • 9.4.4 系统能控性与能观性的对偶原理
      • 9.4.5 基于MATLAB的能控性与能观性分析
    • 9.5 李雅普诺夫稳定性与判别方法
      • 9.5.1 李雅普诺夫的稳定性定义
      • 9.5.2 李雅普诺夫的稳定性判据
      • 9.5.3 线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析
      • 9.5.4 基于MATLAB的李雅普诺夫稳定性分析
    • 9.6 线性定常系统的设计与综合
      • 9.6.1 状态反馈实现极点配置
      • 9.6.2 最优控制系统的设计
      • 9.6.3 状态观测器及其应用
    • 9.7 实例分析
    • 9.8 小结
    • 习题
  • 第10章 线性离散系统分析
    • 10.1 引论
    • 10.2 信号的采样与复现
      • 10.2.1 采样过程与采样定理
      • 10.2.2 信号保持
      • 10.2.3 A／D转换器和D／A转换器
    • 10.3 z变换理论
      • 10.3.1 差分与差分方程
      • 10.3.2 z变换的定义
      • 10.3.3 z变换的方法
      • 10.3.4 z变换的性质
      • 10.3.5 z逆变换
    • 10.4 脉冲传递函数
      • 10.4.1 离散系统的数学定义
      • 10.4.2 脉冲传递函数
    • 10.5 离散系统响应的求解
      • 10.5.1 z变换方法求解差分方程
      • 10.5.2 利用MATLAB求解离散响应
    • 10.6 线性定常离散系统的分析
      • 10.6.1 线性离散系统的稳定性
      • 10.6.2 离散系统稳态误差
      • 10.6.3 离散系统动态特性分析
      • 10.6.4 用LTIViewer对离散控制系统进行系统分析
    • 10.7 实例分析
    • 10.8 小结
    • 习题
  • 参考文献

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