控制理论及其应用PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　基本概念 1

1.2　机械控制系统的组成及其研究内容 2

1.2.1 控制系统性能分析 3

1.2.2　控制系统的设计 3

1.3 自动控制系统的分类 5

第2章　机械系统模型的建立及机电相似系统的等效转换 7

2.1　机械系统模型的建立 7

2.2　机电相似系统的等效转换 10

第3章 系统的典型信号和典型环节 15

3.1 系统的典型信号及其时间响应分析 15

3.1.1 系统的典型信号 15

3.1.2 系统时间响应数学模型的建立与时间响应分析 16

3.2　系统的频率响应和典型环节 18

3.2.1 频率响应 19

3.2.2　机械系统的典型环节及其特性的描述 21

3.2.3 电系统的典型环节及其特性的描述 26

3.3　有关频率的基本概念 27

3.4 自动控制系统的静态和动态的概念 28

第4章　控制系统的稳定性及其分析 30

4.1　系统的稳定性 30

4.2　系统的稳定性判据 31

4.2.1 解方程稳定判据（求解闭环传递函数特征方程法） 31

4.2.2 劳斯稳定判据 31

4.2.3　奈奎斯特稳定判据（简称奈氏判据） 33

4.2.4　对数幅相频率特性稳定判据 33

4.3　系统的稳定裕量 34

4.3.1 奈氏稳定判据的稳定裕量 34

4.3.2 对数幅相频率特性稳定判据的稳定裕量 35

4.4　液压仿形刀架控制系统的综合分析与计算 38

第5章　根轨迹法 49

5.1　控制系统的根轨迹 49

5.1.1　根轨迹的基本概念 49

5.1.2　控制系统根轨迹的分析 50

5.2　根轨迹所遵循的幅值和幅角条件 52

5.3　绘制根轨迹的基本规则及步骤 54

第6章　控制系统稳态误差的分析与计算 63

6.1　控制系统的稳态误差的分析 63

6.2　稳态误差中的静态误差和动态误差计算 64

6.2.1 静态误差 64

6.2.2　动态误差 70

6.3　液压仿形刀架控制系统稳态误差的计算 72

6.3.1　跟随误差essi的计算 72

6.3.2 负载误差essF的计算 73

第7章 自动控制系统的校正设计 75

7.1　校正问题的提出 75

7.2　各设计参数对系统性能的影响 75

7.3　系统的校正 77

7.3.1　超前校正 77

7.3.2　滞后校正 84

7.3.3　滞后-超前校正 89

7.3.4　PID校正 94

第8章　机械系统的建模与分析 100

8.1　机床工作台的位置控制系统分析 100

8.2　机床工作台的速度控制系统分析 105

8.3　活塞销孔镗削加工的表面质量分析与控制 110

第9章　机床进给系统的速度和位置控制及稳定性分析 119

9.1 机床进给运动伺服控制系统的组成 119

9.1.1 机床进给系统的开环控制 119

9.1.2　机床进给系统的闭环控制 119

9.2　直流伺服电动机数学模型的建立 120

9.3　速度控制系统的建立及稳定性的对比分析 122

9.3.1 直流伺服电机的转速控制系统的建立 122

9.3.2　速度控制系统传递函数的建立及稳定性的对比分析 123

9.3.3　速度反馈控制系统根轨迹的绘制 124

9.4　位置控制系统传递函数的建立及稳定性对比分析 124

9.4.1 无速度反馈的位置控制系统传递函数的建立与稳定性分析 124

9.4.2 有速度反馈的位置控制系统传递函数的建立与稳定性分析 127

第10章　控制系统的状态空间描述 130

10.1　状态空间描述的基本概念 130

10.2　线性定常连续系统的状态方程及输出方程 131

10.2.1 由系统微分方程列写状态方程及输出方程 131

10.2.2 由系统状态变量图写线性定常系统状态方程及输出方程 141

10.2.3 由系统框图直接列写状态方程及输出方程 145

10.3　非线性连续系统的状态方程及输出方程 149

10.3.1 典型非线性系统的状态方程及输出方程 149

10.3.2 本征非线性控制系统的状态方程及输出方程 152

10.4　线性时变连续系统的状态方程及输出方程 153

10.5　线性离散系统的状态方程及输出方程 154

10.5.1 作用函数不含未来值时线性离散系统的状态方程与输出方程 154

10.5.2 作用函数含未来值时线性离散系统的状态方程与输出方程 156

10.6 利用MATLAB数学模型转换列写系统状态方程 158

10.7　实际控制系统状态方程的列写举例 161

10.7.1 泵控液压马达位置伺服系统状态方程及输出方程 161

10.7.2 带有阻尼柱塞导控型两级高压减压阀的状态方程及输出方程 163

第11章　控制系统状态方程的解 165

11.1　线性定常系统状态方程的解 165

11.1.1 齐次状态方程的解 165

11.1.2　矩阵指数与状态转移矩阵 169

11.1.3 非齐次状态方程的解 170

11.1.4 线性时变系统状态方程的解 175

11.2　离散系统状态方程的解 180

11.2.1 线性定常离散系统状态方程的解 180

11.2.2 线性时变离散系统状态方程的解 186

11.2.3 连续系统状态方程的离散化 187

11.3　基于MATLAB与SIMULINK上的控制系统时域特性分析 191

11.3.1 基于MATLAB上的控制系统时域特性分析 191

11.3.2 基于SIMULINK上的控制系统时域特性分析 202

11.3.3　非线性控制系统的时域特性分析 207

11.3.4 离散控制系统的时域特性分析 213

第12章　李雅普诺夫稳定性分析 220

12.1　平衡状态和欧几里得范数及状态方程解的轨迹 220

12.2　李雅普诺夫稳定性定义 221

12.3　系统稳定性的李雅普诺夫判别法 222

12.3.1 李雅普诺夫第一法 222

12.3.2 正定函数和二次型函数及李雅普诺夫第二法 223

12.3.3　李雅普诺夫稳定定理 224

12.4　线性系统的李雅普诺夫稳定性分析 227

12.4.1 线性定常系统的稳定性分析 227

12.4.2 线性时变系统的稳定性分析 229

12.4.3 线性定常离散系统的稳定性分析 230

12.4.4 线性时变离散系统的稳定性分析 230

12.4.5 应用李雅普诺夫第二法求解系统参数最优化问题 231

第13章　控制系统的状态空间综合法 234

13.1　线性系统的能控性与能观测性 234

13.1.1 线性定常离散系统的能控性 234

13.1.2 线性定常连续系统的能控性 238

13.1.3 线性定常连续系统的输出能控性 239

13.1.4 线性定常离散系统状态能观测性 240

13.1.5 对偶原理 242

13.1.6 系统完全能控条件与完全能观条件的另一种形式 243

13.1.7 系统状态完全能控和完全能观及传递函数 245

13.1.8 系统状态完全能控和完全能观测标准形 245

13.2　线性系统的状态反馈与状态观测器 248

13.2.1 概述 248

13.2.2 具有状态反馈和输出反馈系统的能控性与能观测性 250

13.2.3　极点配置问题 250

13.2.4　状态观测器 254

13.2.5 利用MATLAB实现控制系统的极点配置 257

第14章　神经网络控制及其应用 263

14.1　神经网络控制产生的背景 263

14.2　生物学的启示 263

14.3　人工神经元 264

14.4　神经网络模型的组成 265

14.5　神经网络的学习 267

14.5.1 神经网络的学习方式 267

14.5.2　神经网络的计算 268

14.6　基于BP神经网络的线切割加工质量及效率控制 277

14.6.1 线切割加工BP神经网络的设计 277

14.6.2 线切割加工质量及效率控制BP神经网络的训练 279

第15章　模糊控制及其应用 284

15.1　模糊控制及产生的背景 284

15.2　模糊控制系统 284

15.2.1　模糊变量的描述 285

15.2.2　模糊逻辑控制器的设计 285

15.3　磨削加工表面粗糙度的模糊控制 293

附录 298

参考文献 301