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第一章 机电一体化与现代控制理论 1

1.1 机电一体化与控制 1

目录 1

1.2 控制理论的诞生及其发展简史 2

1.3 现代控制理论的诞生 3

参考文献 5

第二章 机械系统模型的建立与特性分析 6

2.1 拉格朗日运动方程式与状态方程式 6

2.1.1 动态系统与状态方程式 6

2.1.2 线性化与状态方程式 10

2.1.3 拉格朗日运动方程式 12

2.2.1 状态方程式的解 19

2.2 状态方程式的解与稳定性 19

2.2.2 固有值与线性系统的稳定性 21

2.2.3 里雅普诺夫稳定理论与非线性系统的 24

稳定性 24

2.2.4 奇异摄动法与模型的降阶 28

2.3 可控性、可观测性与系统的构造 31

2.3.1 可控性与可观测性 31

2.3.2 输入输出关系与状态变量变换 39

2.3.3 系统的构造 45

练习题 48

参考文献 50

3.1 设计方法概述 52

第三章 机械控制系统的设计 52

3.2 调节器的设计 54

3.2.1 极点配置调节器 55

3.2.2 最优调节器 61

3.3 观测器的设计 70

3.3.1 状态观测器 70

3.3.2 线性函数观测器 76

3.3.3 采用观测器的反馈系统 82

3.4 伺服系统设计 85

3.4.1 伺服系统 85

3.4.2 系统类型与内部模型原理 87

3.4.3 伺服系统的设计方法 98

3.5.1 模型不确切性的表达及其增益特性 114

3.5 考虑灵敏度和强状稳定性的设计 114

3.5.2 相对灵敏度与强壮稳定性条件 116

3.5.3 设计指标与设计指南 119

3.5.4 最优调节器的强壮稳定性 121

练习题 122

参考文献 125

第四章 机械系统的数字控制 130

4.1 离散时间系统的特性分析 130

4.1.1 连续时间系统的离散时间系统逼近 130

4.1.2 离散时间系统的稳定性 132

4.1.3 可达性（可控性）与可观测性 135

4.2.1 极点配置与有限时间整定控制 136

4.2 离散时间系统的设计 136

4.2.2 最优调节器的设计 138

4.2.3 观测器的设计 139

4.2.4 伺服系统设计 142

4.3 考虑运算时间延迟的数字控制系统设计 148

4.3.1 考虑运算时间延迟的调节器（Ⅰ） 148

4.3.2 观测器与调节器并行运算方式 151

4.3.3 考虑运算时间延迟的调节器（Ⅱ） 152

4.3.4 考虑运算时间延迟的最优1型伺服系统的设计 154

练习题 155

参考文献 156

5.1.1 连杠机构控制规律的几个特点 158

5.1 连杆机构的特性 158

第五章 机械系统控制理论的展开 158

5.1.2 平面连杆系的运动方程式 161

5.2 输出零化问题 165

5.2.1 输出零化问题 165

5.2.2 单输入输出系统的输出零化问题 166

5.2.3 多输入输出系统的输出零化问题 175

5.2.4 输出零化问题的几何方法 183

5.3 附有约束条件力学系统的运动控制 192

5.3.1 拉格朗日未定乘数法与附有约束条件运动控制 192

5.3.2 附有约束条件的调节器设计方法 194

5.4 利用非线性反馈的非线性系统线性化 203

练习题 208

参考文献 209

第六章 机械系统控制的实例 211

6.1 数字控制与电子计算机 211

6.1.1 电子计算机在数字控制中的应用 211

6.1.2 利用电子计算机进行数据处理的问题 212

6.2 利用直线步进脉冲马达控制移动式起重机的起重臂 213

6.2.1 模型建立与控制规律 214

6.2.2 硬件与软件的构成 216

6.2.3 实验结果 218

6.3 采用微型电子计算机的倒摆数字控制 219

6.3.1 实验装置与数学模型 219

6.3.2 稳定控制系统的设计与实验举例 221

6.4 起重机的最短时间控制 225

6.4.1 试制起重机装置概要与运动方程式的推导 225

6.4.2 最短时间控制方法（Ⅰ） 227

6.4.3 最短时间控制方法（Ⅱ） 230

6.4.4 实验结果 234

6.5 高速双脚步行机器人的控制 234

6.5.1 CW-1的构造 234

6.5.2 足底水平控制与姿势控制模型的建立 235

6.5.3 姿势控制与步行控制 239

6.5.4 实验系统的构成 243

参考文献 245