控制论 概念、方法与应用PDF电子书下载

基本概念篇 3

第1章 绪论 3

1.1控制论的发展简史 3

1.1.1中国古代自动装置与反馈思想 3

1.1.2控制和自动化技术的发展经历了四个历史时期 4

1.1.3控制论的创立和发展 7

1.2维纳的《控制论》 11

1.2.1《控制论》名著简介 11

1.2.2“三论”与控制科学 13

1.3控制论的哲学思考 15

1.4控制论在国民经济发展中的作用与地位 17

1.5本书结构 18

1.6小结 19

习题 19

参考文献 19

第2章 基本概念 21

2.1控制论系统 21

2.2控制与调节 22

2.3反馈原理 23

2.4系统模型与信号流图 24

2.5信息与通信 25

2.6估计与识别 26

2.7决策与对策 27

2.8仿真与重构 28

2.9稳定性与收敛性 29

2.10最优性与鲁棒性 30

2.11小结 32

习题 32

参考文献 32

基本方法篇 35

第3章 经典控制理论与方法 35

3.1自动控制系统的类型和组成 35

3.1.1恒值自动调节系统 35

3.1.2程序自动控制系统 36

3.1.3随动系统（伺服系统） 37

3.1.4自动控制系统的组成 38

3.1.5模拟控制（调节）器控制和计算机控制 39

3.2反馈控制方法与扰动补偿方法 41

3.3系统模型与时域分析法 42

3.3.1控制系统的稳定性、稳态误差和动态品质 42

3.3.2自动控制系统的控制规律 45

3.3.3建立控制元件和系统的数学模型 46

3.3.4炉温自动控制系统的数学模型 47

3.3.5自动控制系统的时间域研究法 52

3.3.6稳定性分析及代数判据 55

3.4传递函数与频域分析法 57

3.4.1拉普拉斯变换 57

3.4.2元件和系统的传递函数，系统的结构图 58

3.4.3自动控制系统的频率域分析法 65

3.4.4频率法分析系统的动态性能和稳定性 70

3.5控制系统的校正 74

3.5.1控制系统的频率法校正 75

3.5.2随动系统基于开环幅相特性的频率法校正 77

3.5.3Simulink仿真支持下基于开环传递函数的频率法校正 81

3.5.4过程控制系统的控制器参数整定 84

3.5.5扰动补偿器设计 87

3.6其他线性控制系统 89

3.6.1多变量控制系统和解耦设计 89

3.6.2线性离散控制系统 91

3.7小结 95

习题 96

参考文献 97

第4章 非线性系统控制方法 98

4.1非线性元件及其线性化 98

4.1.1非线性元件 98

4.1.2非线性元件的线性化 100

4.2非线性控制系统的经典研究方法 102

4.2.1非线性系统的相平面研究法 102

4.2.2二阶线性系统的相平面轨迹 103

4.2.3二阶非线性系统的相平面轨迹及其绘制法 104

4.2.4继电器控制系统的相平面图 106

4.3分叉与混沌 108

4.4其他描述与控制方法 110

4.4.1非线性系统研究的描述函数法 110

4.4.2非线性系统的快速控制和校正 115

4.5小结 116

习题 117

参考文献 118

第5章 现代控制理论与方法 119

5.1状态空间模型 119

5.1.1状态空间模型的一般概念 119

5.1.2状态空间模型的时域响应 125

5.1.3连续时间模型的离散化 128

5.2稳定性、能控性与能观性 129

5.2.1线性系统的稳定性 129

5.2.2连续时间线性系统的能控性 133

5.2.3连续时间线性系统的能观性 135

5.2.4离散时间线性系统的能控性与能观性 136

5.3状态估计 136

5.3.1状态估计的准则 136

5.3.2线性系统滤波原理 138

5.3.3基本卡尔曼滤波器 139

5.4系统辨识 139

5.4.1模型辨识问题的数学描述 140

5.4.2离散时间线性差分模型的最小二乘参数估计 140

5.4.3离散时间线性差分模型的递推最小二乘参数估计 141

5.4.4二位式伪随机序列及其在系统辨识中的应用 142

5.5最优控制 144

5.5.1最优控制的基本概念 144

5.5.2离散时间线性二次型最优控制问题 145

5.6自适应控制与预测控制 146

5.6.1自适应控制的一般概念 147

5.6.2最小方差控制与自校正调节器 147

5.6.3广义预测自校正控制器 151

5.7大系统理论与系统工程 151

5.7.1系统工程的一般概念 151

5.7.2现代工业系统的信息结构 152

5.7.3系统优化与大系统理论 152

5.7.4决策与决策支持系统 156

5.8小结 157

习题 158

参考文献 158

第6章 人工智能方法与技术 160

6.1概述 160

6.2模式识别与贝叶斯决策 161

6.2.1模式及其识别 161

6.2.2模式识别系统 161

6.2.3特征提取与特征选择 162

6.2.4分类问题 162

6.2.5贝叶斯决策 163

6.3专家系统与知识推理 166

6.3.1专家系统的特征 166

6.3.2专家系统的结构 167

6.3.3知识表示方法 168

6.3.4知识推理 172

6.4模糊逻辑与模糊推理 174

6.4.1模糊集合论 174

6.4.2模糊逻辑系统 175

6.4.3模糊推理 177

6.5神经网络与机器学习 179

6.5.1神经元数理模型与Hebb规则 180

6.5.2感知器及δ-规则 182

6.5.3多层前馈网络与BP学习算法 185

6.5.4RBF神经网络与聚类分析 189

6.6小结 191

习题 191

参考文献 192

第7章 智能控制方法 193

7.1智能控制的概念 193

7.2专家控制 194

7.2.1专家系统和专家控制器 194

7.2.2专家控制系统举例——青霉素发酵过程专家控制系统 195

7.3模糊控制 197

7.3.1模糊控制原理 197

7.3.2模糊控制应用举例 199

7.4学习控制 202

7.5神经网络控制 204

7.5.1利用神经网络建立模型 204

7.5.2神经元控制 206

7.5.3神经网络控制方法 207

7.5.4基于神经网络的故障诊断 209

7.6小结 212

习题 212

参考文献 213

应用分支篇 217

第8章 工程控制 217

8.1过程工业控制 217

8.1.1过程工业控制的研究内容及特点 217

8.1.2过程控制系统的结构与组成 218

8.1.3基于计算机技术的过程控制系统 219

8.2机械加工自动化 223

8.2.1机械加工自动化的内涵与意义 223

8.2.2数控机床 224

8.2.3计算机群控系统 226

8.2.4柔性制造系统 226

8.3电力系统自动化 228

8.3.1电力系统自动化的目标与任务 228

8.3.2电力设备的监督与控制 228

8.3.3电力系统的协调与优化 230

8.4飞行器控制 231

8.4.1飞行器与控制 231

8.4.2飞行器姿态控制系统 232

8.4.3飞行器导航与制导系统 233

8.5自主车辆与交通控制 235

8.5.1自主车辆 235

8.5.2交通控制 236

8.6工业大系统优化与综合自动化 239

8.6.1工业大系统优化 239

8.6.2合成氨装置的在线稳态优化控制 241

8.6.3综合自动化 244

8.7网络化控制系统 246

8.7.1网络化控制系统的特点 246

8.7.2网络传输时延分析 247

8.7.3网络化控制实际应用 249

8.8小结 249

习题 250

参考文献 251

第9章 生物控制 252

9.1概述 252

9.2生物反馈系统 253

9.2.1体温调节系统 253

9.2.2生物反馈治疗 255

9.3神经控制论 257

9.3.1神经网络 257

9.3.2人工智能与模糊系统 260

9.3.3感觉信息处理 261

9.4生物仿生 261

9.5中医学 263

9.6小结 264

习题 265

参考文献 265

第10章 社会经济与生态、环境及农业控制 266

10.1社会经济系统中反馈与控制 266

10.2人口系统的建模与控制 267

10.2.1人口数学模型的参数估计 269

10.2.2人口数学模型的应用 269

10.3宏观经济数学模型及宏观调控 272

10.3.1投入-产出表和模型 274

10.3.2宏观计量经济模型 278

10.3.3宏观计量经济模型举例 279

10.3.4对国民经济的宏观调控 285

10.4生态、环境及农业系统控制 285

10.4.1生态系统和生态平衡 286

10.4.2生态控制 288

10.4.3环境控制 289

10.4.4环境系统建模和河流污染控制的实例 290

10.4.5发展现代农业和农业自动化 294

10.5小结 297

习题 298

参考文献 298

第11章 机器人与智能系统 300

11.1概述 300

11.2语音识别系统 300

11.2.1语音识别的发展简史 301

11.2.2语音识别的基本原理 301

11.2.3语音识别中的特征提取 303

11.2.4语音训练与识别 305

11.2.5应用展望 306

11.3文字识别系统 307

11.3.1文字识别的基本概念 307

11.3.2汉字识别中的特征提取 308

11.3.3汉字识别中分类与判决 313

11.4目标识别 314

11.4.1目标识别问题的一般描述 314

11.4.2目标特征提取 315

11.4.3基于多源特征信息融合的目标识别 321

11.5工业机器人 324

11.5.1机器人发展概况 324

11.5.2机器人构成及控制 325

11.6智能机器人 328

11.6.1机器视觉系统的组成 329

11.6.2图像获取 329

11.6.3图像处理技术 330

11.6.4智能图像处理与融合 332

11.7机器人的广泛应用 334

11.8小结 338

习题 338

参考文献 339

附录A拉普拉斯变换简表 340

附录B 矩阵初步 341