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第1章 自动控制系统绪论 1

1.1自动控制系统的发展历史 1

1.2自动控制系统概述 7

1.2.1名词术语 7

1.2.2自动控制系统简介 9

1.2.3控制系统的结构和设计原则 12

1.3自动控制系统举例 18

1.3.1电热箱温度控制系统 18

1.3.2角位移闭环随动控制系统 20

1.3.3蒸汽机涡轮原动机——发电机组的液压式调速系统 21

习题 28

第2章 经典控制理论 30

2.1自动控制系统的数学模型 30

2.1.1物理系统的微分方程 30

2.1.2传递函数的定义和性质 34

2.1.3线性系统的传递函数 35

2.1.4传递函数的零点和极点 36

2.1.5典型环节的传递函数 37

2.1.6方框图模型 38

2.1.7绘制方框图的步骤及特点 39

2.1.8方框图的简化 40

2.1.9线性微分方程的解 45

2.2控制系统的时域分析 47

2.2.1典型输入信号和时域性能指标 47

2.2.2控制系统的稳定特性分析 51

2.2.3稳态误差的确定 52

2.2.4一阶系统的瞬态响应 56

2.2.5二阶系统的瞬态响应 59

2.2.6时域分析性能指标 65

2.3控制系统根轨迹方法 70

2.3.1根轨迹的基本概念 70

2.3.2绘制根轨迹的规则 71

2.3.3应用根轨迹法进行控制系统设计 77

2.4控制系统的频率响应 82

2.4.1频率响应法的基本概念 82

2.4.2对数坐标图 87

2.4.3极坐标图 95

2.4.4由频率特性曲线求系统传递函数 98

2.4.5奈奎斯特稳定性判据 101

2.4.6系统的相对稳定性 108

2.5利用MATLAB绘制时域图、频率特性图、根轨迹图 109

2.5.1运用CSCAD进行时域分析 110

2.5.2运用CSCAD软件绘制根轨迹图 110

2.5.3运用CSCAD软件绘制系统的频率特性图 114

习题 117

第3章 电机原理及控制 122

3.1三相异步电动机变频控制技术 122

3.1.1三相异步电动机原理 122

3.1.2三相异步电动机变频控制器结构 125

3.1.3异步电动机变频器原理基础 129

3.1.4正弦波SPWM电路 135

3.1.5异步电动机矢量变换控制算法 140

3.2无刷直流电动机 152

3.2.1无刷直流电动机的结构和原理 152

3.2.2三相无刷直流电动机星形连接全桥驱动原理 158

3.2.3三相无刷直流电动机的DSP控制 161

3.2.4无刷直流电动机的控制方法 162

3.2.5多相电动机控制举例 168

3.3交流伺服电动机结构、原理及控制算法 172

3.3.1三相永磁同步伺服电动机结构及原理 172

3.3.2交流永磁同步电动机数学模型的建立 176

3.3.3空间矢量脉宽调制 181

3.3.4空间矢量PWM波的生成 184

3.3.5 VSR空间矢量PWM的合成 187

3.4开关磁阻电动机的结构与原理 190

3.4.1开关磁阻电动机的结构与特点 190

3.4.2开关磁阻电动机的功率驱动电路 193

3.4.3开关磁阻电动机的线性模式分析 195

3.4.4开关磁阻电动机的应用 203

习题 206

第4章 可控性、可观测性与极点配置设计 207

4.1状态空间模型 207

4.2状态空间表达式 210

4.2.1状态方程的解 211

4.2.2状态转移矩阵的性质 212

4.2.3？（t）或eAt的计算 213

4.2.4线性定常系统非齐次方程的解 214

4.3系统的可控性和可观测性 216

4.3.1线性时变系统的可控性 216

4.3.2线性定常系统的可控性 219

4.3.3线性时变系统的可观测性 224

4.3.4线性定常系统的可观测性 226

4.3.5可控性和可观测性的对偶关系 228

4.4可控标准型和可观测标准型 229

4.4.1系统的可控标准型 229

4.4.2系统的可观测标准型 232

4.5线性系统的结构分解 234

4.5.1按可控性的系统结构分解 234

4.5.2按可观测性的系统结构分解 235

4.5.3按可控性和可观测性的系统结构的标准分解 237

4.6观测器设计 238

4.6.1全维观测器 238

4.6.2降维观测器 240

习题 242

第5章 最优控制 245

5.1最优控制问题 245

5.2变分求解最优控制问题 247

5.2.1变分法求最优问题 247

5.2.2变分法求最优控制 251

5.3极小值原理及最小时间控制 258

5.3.1连续系统的极小值原理 258

5.3.2离散系统的极小值原理 260

5.3.3线性定常系统时间最优控制 262

5.4二次型性能指标的最优控制问题 264

5.4.1状态调节器 265

5.4.2输出调节器 268

5.5多台电机协调运转的最优控制 270

5.5.1误差变量法的基本原理 270

5.5.2系统的数学模型及闭环系统结构图 271

5.5.3系统的仿真实验及结果分析 276

习题 279

第6章 自适应控制的概念与基本方法 282

6.1自适应控制概述 282

6.1.1自适应控制问题的提出 282

6.1.2自适应控制的定义 284

6.1.3自适应控制的基本形式 286

6.2模型匹配自适应控制 288

6.2.1参数最优化设计法 288

6.2.2李亚普诺夫函数法 290

6.3最小方差调节和预测 292

6.3.1最小方差调节律 292

6.3.2最优预测 293

6.3.3闭环特性 294

6.4自适应控制过程 295

6.5最小方差自校正调节 298

6.5.1广义最小方差控制 299

6.5.2最小方差自校正控制算法 302

6.6造纸机的自适应控制系统 303

6.6.1生产过程 303

6.6.2自调准调节器 304

6.6.3算法程序 305

习题 306

第7章 应用举例——反辐射导弹导引头随动系统设计 308

7.1绪论 308

7.1.1反辐射导弹导引头随动系统工作原理 308

7.1.2性能指标 310

7.2方案论证 310

7.2.1液压伺服随动系统 311

7.2.2电动平台随动系统 313

7.3控制系统及元件的设计 317

7.3.1对随动系统角速度及角加速度的要求 318

7.3.2负载力矩 319

7.3.3伺服电机选择 320

7.3.4陀螺仪的选择 324

7.4控制系统设计及仿真 325

7.4.1系统参数设计 325

7.4.2仿真 330

第8章 应用举例——电动注射机锁模伺服电机控制 336

8.1电动注射机 336

8.1.1电动注射机的机械结构 336

8.1.2电动注射机的控制系统 340

8.2全电动注射机开合模控制 341

8.2.1电动注射机合模装置 341

8.2.2伺服电动机控制器设计 348

附录A 控制系统MATLAB计算机辅助设计（CSCAD）Ver 3.0和辅助教学课件（CAICS）Ver 2.0使用说明 355

A.1 CSCAD Ver 3.0简介 356

A.2 CAICS Ver 2.0简介 357

习题参考答案 359

参考文献 368