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