动态系统建模与控制PDF电子书下载

目录 1

第1章　入门知识 1

1.1　简介 1

1.2　模型 2

1.3　开环系统 2

1.4　反馈控制 3

反馈控制示例 3

1.5　闭环系统的一般表示 5

1.6　从模型的角度分析系统 5

1.7　稳定系统与非稳定系统 6

稳定系统和非稳定系统的示例 7

1.8　控制工程师的作用 8

1.9　小结 9

1.11 复习题 10

1.10　思考题 10

第2章　动态系统的数学背景 13

2.1　历史观点 13

2.2　简介 13

2.3　运算 14

2.4　微分方程 16

2.5　量纲一致 18

2.6　拉普拉斯变换 20

2.7　传递函数 31

2.8　框图 32

2.9 MATLAB/SIMULINK 36

2.9.1　模拟计算机 36

2.9.2　用SIMULINK解答微分方程 40

2.9.3　用SIMULINK确定传递函数的输出 42

2.9.4　不同的单位 42

2.11　思考题 43

2.12　复习题 43

2.10　小结 43

第3章　动态系统建模 50

3.1　历史观点 50

3.2　建模原则 51

3.3　表示数学模型的方法 54

3.4　教学建议 56

3.5　物理元件建模 56

3.5.1　类似点 56

3.5.2　across和through变量 56

3.5.3　分块元件和它们的基本方程 57

3.6 电子系统 58

3.7　流体系统——液压 59

3.8　流体系统——气动 62

3.9　机械式直线型系统 63

3.11　热系统 65

3.10　机械式旋转系统 65

3.12　物理系统建模 70

3.13　电子系统建模 74

3.14　用SIMULINK获得用于分析或模拟的传递函数 81

3.15　流体系统建模 82

3.16 气动系统建模 83

3.17　机械系统建模 85

3.18　热系统建模 89

3.19　混合系统建模 90

3.20　小结 92

3.21　思考题 92

3.22　复习题 92

第4章　反馈控制 100

4.1　历史观点 100

4.2　定义、模型和反馈控制 101

4.3　系统的阶 104

4.4 直流电机：开环和闭环系统的比较 107

4.5　稳态误差分析 112

4.6　确定全反馈控制中的稳态误差的过程 116

4.7　扰动造成的误差 117

4.8　总体误差 119

4.9　非全反馈系统的稳态误差 119

4.10　非线性 119

4.11　小结 120

4.12　思考题 120

4.13　复习题 120

第5章　稳定性和动态响应 124

5.1 简介 124

5.2　稳定性分析 124

5.3　Routh标准 125

5.5　思考题 132

5.6　复习题 132

5.4　小结 132

第6章　时域性能特征 135

6.1 简介 135

6.2　极点位置 135

6.3　扰动系统以调查系统特征 135

6.4　一阶系统 136

6.5　一阶系统对阶跃输入的响应 136

6.6　用方波激励一阶系统 138

6.7　Tr和BW及τ之间的关系 139

6.8　二阶系统分类 139

6.9　二阶系统对阶跃输入的响应 141

6.10　主根 145

6.11 小结 146

6.12　思考题 147

6.13　复习题 147

7.1 历史 154

7.2　简介 154

第7章　根轨迹分析 154

7.3　根轨迹基本理论 155

7.4　GH（s）的正确表示法 155

7.5　传递函数因式的图形表示法 156

7.5.1 根的数量 157

7.5.2　实轴上的根轨迹段 158

7.5.3　根轨迹上的终点 159

7.6　简单示例 160

7.7　渐近线 162

7.8　根轨迹与实轴相交 163

7.9　渐近线形心 165

7.10　轨迹与虚轴相交 166

7.11 轨迹在复极点或0点的方向 167

7.12　绘制轨迹 167

7.13　在轨迹上定位根 169

7.14　增益以外的参数的根轨迹 170

7.15　通过根轨迹进行系统分析 172

7.16　各种极点—0点排列的典型根轨迹集合 173

7.17　使用MATLAB绘制根轨迹 175

7.18　根轨迹绘制规则总结 175

7.19　小结 178

7.20　思考题 178

7.21　复习题 178

第8章　频率响应分析 181

8.1　历史观点 181

8.2　简介 181

8.3　数学基础 182

8.4　返回到OLTF的原始表示法 182

8.5　对正弦信号输入的系统响应 182

8.6　频率响应图的应用 182

8.7　一阶系统响应 184

8.8　二阶系统响应 185

8.9　共振 187

8.10　绘制Bode图 188

8.10.1 建议用于幅度曲线的绘制过程（普通计算方法） 193

8.10.2　更正渐近幅度曲线 196

8.10.3　角曲线 196

8.11　使用MATLAB获得Bode图 198

8.12　柯西的辐角原理 198

8.13　稳定性分析 201

8.14　非最小相位系统 205

8.15　相对稳定性（增益裕度和相位裕度） 206

8.16　闭环频率响应 207

8.17　来自Bode图的稳定性和相对稳定性 208

8.18　使用MATLAB获得GM和PM 209

8.19　使用MATLAB获得Nyquist图 209

8.20 Nichols坐标和Nichols图 209

8.22　各种方法的比较 211

8.21　使用MATLAB生成Nichols图 211

8.23　小结 212

8.24 思考题 212

8.25　复习题 213

第9章　状态空间法简介 218

9.1 历史观点 218

9.2　简介 218

9.3　矩阵基础 218

9.4　动态系统表示法 219

9.5 将微分方程转换为状态空间 220

9.6 将传递函数转换为状态空间 221

9.7　使用状态空间建模 223

9.8　将SIMULINK框图转换为状态空间 223

9.9　矩阵的秩 225

9.10　一阶微分方程的合并 226

9.11　使用MATLAB的变换过程 227

9.12　其他控制领域 228

9.13　小结 229

9.14　思考题 229

9.15　复习题 229

第10章　控制系统的设计 231

10.1　历史观点 231

10.2　简介 232

10.3　精度要求 233

10.4　对动态行为的要求 233

10.5　标准形式 234

10.6 回路中补偿器的位置 237

10.7　级联补偿的设计方法 238

10.8　使用代数进行设计 239

10.9　级联补偿的Bode图设计 241

10.9.1 Bode图级联设计——超前补偿 241

10.9.2　Bode图级联设计——滞后补偿 249

10.10　反馈补偿的Bode设计 254

10.11　反馈补偿的Bode设计的图形法 256

10.12　超前补偿与滞后补偿的比较 260

10.13　使用根轨迹进行设计 260

10.14　分区 262

10.15　极点布置 265

10.16 使用状态变量进行极点布置 267

10.17　参数平面 268

10.18　PID控制器 272

10.19 Ziegler-Nichols方法 274

10.20 Ziegler-Nichols调整过程 275

10.21　对设定点求微分的意义 279

10.22　小结 281

10.23　思考题 281

10.24　复习题 281

11.2　影响系统选择的因素 284

11.3　示例实现平台 284

11.1　简介 284

第11章　用PLC硬件实现控制模式 284

11.4　对各种实现控制任务的方法的比较 286

11.5　PLC简介 287

11.6　用PLC实现PID闭环控制 291

11.6.1　基本的控制术语 292

11.6.2　输入信号的类型和范围 293

11.6.3　低通滤波 293

11.6.4　模拟信号的内部表示 294

11.6.5　综合的编程和监控环境 297

11.6.6　调整参数 303

11.6.7　输入 303

11.6.8　输出 303

11.9　复习题 304

11.8　思考题 304

11.7　小结 304

11.6.9　PID调整参数的选择 304

第12章　数字控制系统简介 307

12.1　历史观点 307

12.2　简介 307

12.3　z变换 308

12.4　使用z变换捕获差分方程 310

12.5　零阶保持 311

12.6　连续到离散的传递函数转换 312

12.7 获得离散传递函数的后向规则法（直接代换） 313

12.8　获得离散传递函数的后向规则法（使用变换） 315

12.9　获得离散传递函数的拉普拉斯变换法 317

12.10　其他近似方法 319

12.11 使用MATLAB进行连续到离散的转换 320

12.12　PID控制 321

12.13　将连续设计转换为离散实现的过程 321

12.16　复习题 323

12.15　思考题 323

12.14　小结 323

第13章 实例研究：使用DC螺线管的位置控制系统 325

13.1　简介 325

13.2　过程概述 325

13.3　问题定义 325

13.4　驱动器的选择和实现 326

13.5　测试 327

13.6　建模 327

13.7　螺线管驱动器的选择 328

13.8　模型参数的确定和测量 328

13.9　模拟 329

13.10　控制器的选择（连续型设备） 329

13.11 最初的控制器设计：比例反馈 329

13.12　改进的设计：PD控制器 329

13.13　用数字控制器实现 329

13.14　小结 329

13.15　思考题 330

附录A　Tr、BW和τ之间关系的推导 331

附录B　MATLAB基础 333

B.1　有用的命令 334

B.2　函数 335

B.3　脚本文件 336

B.4 函数文件 337

B.5　绘制SIMULINK模拟结果 339

附录C　用于渐进Bode幅度绘制的MATLAB函数asymbode.m 340

C.1　程序清单 340

C.2　应用 342

附录D　Allen-Bradley的PID指令（Allen-Bradley公司惠赠） 343

D.1　过程控制指令 343

D.2 应用示例：PID调整 360

附录E　DC螺线管的特征 362

附录F　直流电机的制造厂家规格（经Bodline电气公司许可） 365

附录G　开发你的创意组合的原则 368