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第一章 控制系统导论 1

1.1引言 1

1.2自动控制简史 3

1.3反馈应用两则 5

1.4控制工程实践 6

1.5现代控制系统举例 7

1.6自动装配与机器人 13

1.7控制系统前瞻 13

1.8工程设计概述 14

1.9控制系统设计概述 16

1.10设计实例：转盘速度控制 17

1.11设计实例：胰岛素注射控制系统 18

1.12循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 20

第二章 系统的数学模型 27

2.1引言 27

2.2物理系统的微分方程 28

2.3物理系统的线性近似 32

2.4 Laplace变换 35

2.5线性系统的传递函数 40

2.6框图模型 51

2.7信号流图模型 55

2.8控制系统的计算机辅助分析 60

2.9设计实例 61

2.10利用MATLAB进行系统仿真 67

2.11循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 79

2.12小结 81

第三章 状态空间模型 100

3.1引言 100

3.2动态系统的状态变量 101

3.3状态微分方程 103

3.4状态流图模型 106

3.5状态流图模型的其他形式 111

3.6由状态方程求解传递函数 115

3.7状态转移矩阵和系统的时间响应 116

3.8离散时间响应的求解 120

3.9空间飞行器的状态变量方程 124

3.10设计实例：打印机皮带驱动器 127

3.11利用MATLAB分析状态空间模型 132

3.12循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 135

3.13小结 138

第四章 反馈控制系统的特性 151

4.1开环和闭环控制系统 151

4.2控制系统对参数变化的灵敏度 153

4.3控制系统瞬态响应的控制 156

4.4反馈控制系统的干扰信号 159

4.5稳态误差 163

4.6反馈的代价 165

4.7设计实例：英吉利海峡海底隧道钻机 166

4.8计实例：火星漫游车 168

4.9应用MATLAB分析控制系统的特点 170

4.10循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 176

4.11小结 179

第五章 反馈控制系统的性能 196

5.1引言 196

5.2测试输入信号 197

5.3 2阶系统的性能 199

5.4第三个极点和零点对2阶系统响应的影响 204

5.5阻尼比的估计 208

5.6s平面上的根轨迹和瞬态响应 209

5.7反馈控制系统的稳态误差 210

5.8非单位反馈系统的稳态误差 213

5.9性能指标 216

5.10线性系统的简化 222

5.11设计实例：哈勃太空望远镜指向控制 225

5.12应用MATLAB分析系统性能 227

5.13循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 232

5.14小结 234

第六章 线性反馈系统的稳定性 246

6.1稳定性的概念 246

6.2 Routh-Hurwitz稳定性判据 250

6.3反馈控制系统的相对稳定性 257

6.4状态变量系统的稳定性 258

6.5设计实例：漫游车转向控制 261

6.6应用MATLAB研究系统稳定性 262

6.7循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 270

6.8小结 272

第七章 根轨迹法 281

7.1引言 281

7.2根轨迹的概念 282

7.3绘制根轨迹的一般方法 285

7.4一个应用根轨迹法分析和设计控制系统的实例 297

7.5应用根轨迹法进行参数设计 301

7.6灵敏度与根轨迹 304

7.7 PID控制器 310

7.8设计实例：激光操作器控制系统 312

7.9机器人控制系统的设计 314

7.10应用MATLAB研究根轨迹 316

7.11循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 321

7.12小结 324

第八章 频率响应方法 345

8.1引言 345

8.2频率响应图 348

8.3绘制Bode图举例 364

8.4频率响应测量 367

8.5频域性能指标 369

8.6对数幅相图 372

8.7设计实例：雕刻机控制系统 373

8.8用MATLAB绘制频率响应图 375

8.9循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 381

8.10小结 383

第九章 频域稳定性 401

9.1引言 401

9.2s平面上的围线映射 402

9.3 Nyquist稳定性判据 407

9.4相对稳定性与Nyquist判据 415

9.5利用频域方法确定系统的时域性能指标 420

9.6系统带宽 426

9.7包含延迟环节的控制系统的稳定性 427

9.8设计实例：遥控侦察车 430

9.9频域中的PID控制器 433

9.10利用MATLAB分析频域稳定性 434

9.11循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 441

9.12小结 442

第十章 反馈控制系统设计 468

10.1引言 468

10.2系统设计方法 470

10.3串联校正网络 471

10.4用Bode图方法设计超前校正网络 475

10.5用根轨迹方法设计超前校正网络 480

10.6利用积分型校正网络设计反馈控制系统 486

10.7用根轨迹方法设计滞后校正网络 488

10.8用Bode图方法设计滞后校正网络 492

10.9在Bode图上用解析方法和计算机进行系统设计 496

10.10带有前置滤波器的反馈控制系统 497

10.11设计具有最小节拍响应的系统 500

10.12设计实例：转子绕线机控制系统 502

10.13设计实例：X—Y绘图仪 505

10.14利用MATLAB进行系统设计 508

10.15循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 515

10.16小结 516

第十一章 状态变量反馈系统设计 535

11.1引言 535

11.2能控性 536

11.3能观性 537

11.4最优控制系统 539

11.5用状态反馈配置极点 547

11.6 Ackermann公式 552

11.7状态变量反馈的局限性 553

11.8内模设计 553

11.9设计实例：自动检测系统 556

11.10用MATLAB设计状态变量反馈 558

11.11循序渐进的设计示例：磁盘驱动读取系统 562

11.12小结 564

第十二章 鲁棒控制系统 574

12.1引言 575

12.2鲁棒控制系统和系统灵敏度 575

12.3鲁棒性分析 578

12.4不确定参数系 580

12.5鲁棒控制系统设计 582

12.6 PID控制器 587

12.7鲁棒PID控制系统设计 588

12.8设计实例：飞机自动驾驶仪 593

12.9太空望远镜控制系统的设计 593

12.10绕线机鲁棒控制系统的设计 595

12.11鲁棒内模控制系统 597

12.12超精度钻石切削机设计 599

12.13伪定量反馈系统 601

12.14用MATLAB设计鲁棒控制系统 603

12.15 循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 605

12.16小结 607

第十三章 数字控制系统 623

13.1引言 624

13.2数字计算机控制系统的应用 624

13.3数据采样系统 626

13.4 z变换 628

13.5闭环反馈数据采样系统 631

13.6 z平面上的稳定性分析 633

13.7 2阶数据采样系统的性能 635

13.8带有数字控制器的闭环系统 637

13.9工作台运动控制系统的设计 639

13.10数字控制系统的根轨迹 641

13.11数字控制器的实现 644

13.12用MATLAB设计数字控制系统 645

13.13循序渐进设计示例：磁盘驱动读取系统 649

13.14小结 650

附录 657

译者附录 657

附录A Laplace变换对 658

附录B 符号、单位和变换因子 660

附录C 矩阵代数初步 662

附录D 分贝转换表 670

附录E 复数 671

附录F MATLAB基础 674

附录G z变换对 689

参考书目 690