第一章 概述 1
第一节 生产过程自动化的发展和趋势 1
第二节 控制系统的组成 3
第三节 控制系统的主要类型 5
第二章 控制系统的数学模型 9
第一节 被控对象的微分方程模型 9
2.1.1 几个典型例子 9
2.1.2 非线性特性的局部线性化处理 13
2.1.3 数学模型的无因次化 14
2.2.1 几个典型例子的状态方程模型 16
第二节 控制系统的状态空间模型 16
2.2.2 状态空间的基本概念 20
第三节 分布参数系统数学模型 24
第四节 纯滞后特性和其他特性 26
第五节 控制系统中其他环节的数学模型 28
2.5.1 工业控制器的数学模型 28
2.5.2 测量元件的数学模型 29
2.5.3 执行机构的数学模型 31
第六节 控制系统的复域数学模型 32
2.6.1 传递函数 32
2.6.2 系统方块图 34
2.6.3 利用方块图进行分析运算 37
2.6.4 用传递矩阵描述多变量系统 46
2.6.5 信号流图 48
第七节 数学模型各种表达式之间的对应关系 53
2.7.1 由微分方程式求状态方程式 53
2.7.2 由状态方程式求传递函数 57
2.7.3 状态变换和状态变换中特征值的不变性 58
2.7.4 由传递函数求状态空间表达式 59
2.7.5 由方块图求系统状态空间表达式 62
第八节 本章小结 63
第一节 控制系统的过渡过程分析 64
3.1.1 典型试验信号 64
第三章 控制系统的时域分析方法 64
3.1.2 一阶系统的动态响应 65
3.1.3 二阶系统的动态响应 68
3.1.4 高阶系统的动态响应 76
3.1.5 控制系统动态响应的质量指标 77
3.1.6 控制系统稳态偏差分析 88
第二节 控制系统的劳斯稳定判据 91
3.2.1 控制系统稳定的基本条件 91
3.2.2 劳斯(E.J.Routh)稳定判据 91
3.2.3 用劳斯稳定判据分析系统参数对稳定性的影响 95
第三节 常规控制规律对系统控制质量的影响 96
3.3.1 常规控制器的控制规律 96
3.3.2 控制器参数对控制过程的影响 98
第四节 测量滞后对控制质量的影响 101
第五节 控制系统状态方程的分析 103
3.5.1 矩阵函数知状态转移矩阵 104
3.5.2 线性定常状态方程的解 111
3.5.3 控制系统状态方程的稳定性判据 113
3.5.4 控制系统状态方程的动态响应 114
第六节 本章小结 115
第四章 根轨迹方法：分析与设计 117
第一节 根轨迹的基本概念 117
第二节 根轨迹的性质 120
第三节 根轨迹的计算机辅助生成 132
第四节 根轨迹方法的推广 134
4.4.1 多参数根轨迹——根轨迹簇 134
4.4.2 负参数的根轨迹 136
4.4.3 纯滞后系统的根轨迹 139
4.4.4 离散控制系统的根轨迹 142
第五节 控制系统的根轨迹设计 143
4.5.1 开环极点对系统质量的影响 143
4.5.2 开环零点对系统质量的影响 145
4.5.3 增益K的选取 145
4.5.4 超前补偿器的设计 147
4.5.5 滞后补偿器的设计 149
4.5.6 系统闭环动态响应的根轨迹分析 151
第六节 极点配置原理 152
第七节 本章小结 159
第五章 频率特性分析法 161
第一节 频率特性及其图示法 161
5.1.1 频率特性的定义 161
5.1.2 频率特性与传递函数的关系 162
5.1.3 频率特性的图示法 162
第二节 Nyquist稳定性判据 174
第三节 频域性能指标 181
第四节 频率特性方法的计算机辅助设计 188
5.4.1 公式推导法 188
5.4.3 多项式综合除法 189
5.4.2 基本模块法 189
5.4.4 幅值裕量和相位裕量的计算 190
第五节 补偿器设计方法 191
第六节 多变量系统的频率特性方法 198
第七节 鲁棒控制理论与方法 201
5.7.1 历史发展过程 201
5.7.2 鲁棒控制系统研究的时域方法 203
5.7.3 鲁棒控制系统研究的频域方法 204
5.7.4 鲁棒控制理论的应用 206
第八节 本章小结 206
第一节 采样控制系统概述 207
第六章 采样控制系统 207
第二节 采样过程及采样定理 208
6.2.1 采样过程 208
6.2.2 采样过程的数学描述 208
6.2.3 采样定理 210
6.2.4 采样信号的复现 211
第三节 Z变换 212
6.3.1 Z变换定义 212
6.3.2 Z变换方法 213
6.3.3 Z变换性质 215
6.3.4 Z反变换 217
6.3.5 改进Z变换 219
第四节 脉冲传递函数 221
6.4.1 脉冲传递函数 221
6.4.2 脉冲传递函数的代数运算法则 223
第五节 连续模型的离散化 225
6.5.1 微分方程的离散化 225
6.5.2 连续状态方程的离散化 226
6.5.3 传递函数(矩阵)的离散化 227
第六节 采样系统的数学模型及求解 228
6.6.1 差分方程和脉冲传递函数的关系 228
6.6.2 差分方程和状态方程的关系 228
6.6.3 脉冲传递函数(矩阵)和状态方程的关系 230
6.6.4 差分方程求解 236
6.6.5 离散状态方程求解 237
第七节 采样系统的性能分析 240
6.7.1 稳定性分析 241
6.7.2 采样系统稳态偏差 244
6.7.3 Z平面上根的分布和系统动态品质的关系 245
第八节 数字控制器设计 247
6.8.1 模拟化设计方法 247
6.8.2 数字化设计方法 248
第九节 本章小结 252
7.1.1 系统能控性和能观性的基本概念 253
第七章 线性系统状态空间设计方法 253
第一节 系统能控性和能观性 253
7.1.2 系统能控性和能观性定理 256
7.1.3 能控性和能观性的PBH检验 262
第二节 线性变换及标准形 263
7.2.1 状态方程的线性变换 263
7.2.2 状态方程的几种特殊形式 264
7.2.3 状态方程的能控能观标准形 265
7.2.4 不变子空间分解 268
第三节 线性系统状态反馈控制 273
7.3.1 状态空间设计法的基本思想 273
7.3.2 状态反馈控制原理 274
7.3.3 闭环线性系统的能控性和能观性 276
第四节 线性系统极点配置法 279
7.4.1 单输入单输出系统的极点配置 279
7.4.2 多输入多输出系统的极点配置 286
7.4.3 闭环系统极点位置的选择 288
第五节 线性二次型最优调节器的设计 293
7.5.1 动态系统的最优性条件 295
7.5.2 无限时间状态调节器问题 296
7.5.3 无限时间输出调节器问题 299
7.5.4 代数黎卡提方程的求解 301
第六节 持续扰动系统的状态反馈设计 302
第七节 渐近跟踪控制问题 307
第八节 状态观测器 309
7.8.1 观测器的基本思想 309
7.8.2 全维状态观测器 311
7.8.3 降维状态观测器 314
7.8.4 分离定理 317
第九节 本章小结 318
第八章 非线性系统和系统稳定性分析 319
第一节 非线性系统概述 319
第二节 描述函数分析法 321
8.2.1 描述函数的概念 321
8.2.2 描述函数分析法 331
第三节 相平面分析法 337
8.3.1 相平面的概念 337
8.3.2 相平面分析法 342
第四节 非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析法 348
8.4.1 非线性系统稳定性的一般定义 348
8.4.2 李雅普诺夫稳定性分析法 349
第五节 时滞系统的Smith预估控制及稳定性分析 358
8.5.1 时滞过程的Smith预估控制 359
8.5.2 一阶时滞系统的Smith预估控制器的稳定性分析 362
8.5.3 存在参数不确定时的Smith预估控制器的鲁棒设计 371
第六节 本章小结 378
附录 化工过程控制原理计算机辅助教学软件CAI使用手册 380
一、化工过程控制原理计算机辅助教学软件结构 380
(一)进入控制原理CAI 380
(二)教学仿真环境下各菜单的内容简介 381
二、化工过程控制原理CAI的操作 382
(一)系统模型的文件操作 382
(二)对当前模型的操作 387
(三)工程文件 389
(四)帮助系统 391
名词索引 393
参考文献 397