控制工程基础及MATLAB实践PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2控制理论的发展历史 2

1.3控制系统的基本概念 4

控制系统的基本构成 4

控制系统的分类 7

控制系统的质量指标 11

1.4机电控制系统实例 11

1.5 MATLAB基础 14

MATLAB简介 14

MATLAB主要特点 15

习题 15

第2章 控制系统的时域模型 19

2.1物理系统的微分方程 19

2.2小偏差线性化 22

问题的提出 22

线性化 23

2.3状态与状态方程 25

状态与状态变量 25

状态方程 26

2.4机械系统数学模型的建立 27

机械平移系统 28

机械转动系统 29

机械传动系统 32

2.5其他系统建模 34

2.6小结 36

习题 37

第3章 控制系统的复数域描述 42

3.1拉氏变换 42

拉氏变换的定义 42

拉氏变换的性质 43

拉氏逆变换 47

拉氏变换的应用 49

MATLAB求解拉氏变换与拉氏逆变换 50

3.2传递函数 51

传递函数的基本概念 52

关于传递函数的几点说明 52

传递函数阵 53

3.3动态结构图 56

动态结构图的基本元素 56

动态结构图的化简 58

3.4信号流图 64

信号流图的基本元素 64

动态结构图与信号流图之间的转换 65

梅森公式 66

基于MATLAB的结构图变换仿真 68

3.5典型环节与控制系统的传递函数 71

典型环节 71

控制系统的传递函数 72

3.6机电控制系统中的传感器与直流电动机 73

传感器与编码器 74

执行电动机 77

3.7实例分析 78

3.8小结 82

习题 82

第4章 控制系统的时域响应 89

4.1时域响应的性能指标 89

典型测试信号 89

时域性能指标 91

4.2一阶系统分析 92

单位阶跃响应分析 94

单位斜坡响应分析 95

单位脉冲响应分析 95

特征根的分布与响应形式之间的关系 96

4.3二阶系统分析 98

单位阶跃响应 99

单位阶跃响应的性能指标 101

单位斜坡响应 103

特征根分布与响应形式之间的关系 104

4.4增加零、极点对系统动态过程的影响 107

单位反馈系统增加前向通路极点 107

单位反馈系统增加前向通路零点 109

闭环系统增加极点 110

闭环系统增加零点 111

4.5高阶系统近似 113

4.6状态空间模型的时域响应分析 115

4.7 MATLAB环境下时域响应分析 117

4.8稳定性分析 124

稳定性概念 125

代数稳定判据 128

相对稳定性 132

4.9实例分析 133

4.10小结 139

习题 140

第5章 反馈控制系统的性能 144

5.1稳态误差 144

非线性与误差 144

误差的基本概念 144

典型输入信号作用下的稳态误差 147

稳态误差与闭环传递函数之间的关系 150

5.2反馈与参数鲁棒性 152

参数灵敏度 152

反馈控制系统中的干扰信号 154

反馈的副作用 157

5.3指标函数与最优系统 157

时域法 158

频域法 159

5.4实例分析 161

5.5小结 168

习题 168

第6章 根轨迹分析 172

6.1基本概念 172

根轨迹 172

根轨迹方程 173

6.2根轨迹绘制法则 174

6.3根轨迹绘制举例 181

6.4其他形式的根轨迹 185

正反馈系统的根轨迹 185

非最小相位系统的根轨迹 187

参数根轨迹 189

6.5根轨迹分析 190

6.6 MATLAB环境下根轨迹的绘制 197

6.7实例分析 198

6.8小结 205

习题 206

第7章 频域分析法 210

7.1频率特性的概念 210

频率特性的物理意义 210

频率特性的数学意义 212

频率特性的表示方法 213

频率特性的性能指标 214

7.2典型环节的频率特性 215

比例环节 215

积分环节 215

微分环节 216

惯性环节 217

一阶微分环节 219

二阶振荡环节 219

二阶微分环节 221

一阶不稳定环节 222

延迟环节 223

7.3控制系统的开环频率特性 224

开环幅相特性 225

开环对数频率特性 228

7.4频率特性的测试方法 232

7.5频域稳定性判据 236

米哈伊洛夫定理 236

奈奎斯特稳定性判据 237

关于原点处极点或零点的处理 240

稳定性判据的对数形式 242

条件稳定系统 245

多回路系统 245

7.6稳定裕度 247

7.7系统频域响应与时域响应的关系 251

典型二阶系统时域响应与频域响应的关系 251

一般系统时域响应与频域响应之间的关系 253

开环频率特性与闭环频率特性之间的关系 255

7.8基于MATLAB的频域分析 258

7.9实例分析 260

7.10小结 266

习题 267

第8章 控制系统设计 271

8.1性能指标与设计方法 271

8.2校正方式 272

8.3串联校正网络 274

超前校正网络 274

滞后校正网络 275

滞后-超前校正网络 276

8.4超前校正网络设计 277

超前校正网络的频域设计 277

超前校正网络的根轨迹设计 281

8.5滞后校正网络设计 283

滞后校正网络的频域设计 283

滞后校正网络的根轨迹设计 286

8.6实例分析 289

8.7小结 297

习题 297

第9章 状态空间法基础 301

9.1引论 301

9.2状态空间表达式的建立 302

由结构图模型建立状态空间表达式 302

由传递函数模型建立状态空间表达式 305

9.3状态变换 311

状态向量的非唯一性及特征值不变性 311

常用标准型 312

MATLAB下建立状态空间模型 316

9.4系统能控性和能观性 317

能控性 318

能观性 320

单输入系统的能控标准型和能观标准型 323

系统能控性与能观性的对偶原理 326

基于MATLAB的能控性与能观性分析 326

9.5李雅普诺夫稳定性与判别方法 330

李雅普诺夫的稳定性定义 330

李雅普诺夫的稳定性判据 332

线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析 333

基于MATLAB的李雅普诺夫稳定性分析 334

9.6线性定常系统的设计与综合 335

状态反馈实现极点配置 335

最优控制系统的设计 342

状态观测器及其应用 346

9.7实例分析 349

9.8小结 352

习题 353

第10章 线性离散系统分析 357

10.1引论 357

10.2信号的采样与复现 358

采样过程与采样定理 358

信号保持 360

A／D转换器和D／A转换器 361

10.3z变换理论 362

差分与差分方程 362

z变换的定义 363

z变换的方法 363

z变换的性质 366

z逆变换 367

10.4脉冲传递函数 369

离散系统的数学定义 370

脉冲传递函数 370

10.5离散系统响应的求解 376

z变换方法求解差分方程 376

利用MATLAB求解离散响应 377

10.6线性定常离散系统的分析 379

线性离散系统的稳定性 379

离散系统稳态误差 383

离散系统动态特性分析 385

用LTI Viewer对离散控制系统进行系统分析 390

10.7实例分析 392

10.8小结 396

习题 397

参考文献 401