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第1章 控制系统引论1

预览1

引论2

自动控制的历史3

利用反馈的两个例子5

控制工程的实践6

现代控制系统的例子7

自动装配和机器人13

控制系统的发展趋势14

工程设计14

机电系统15

控制系统设计18

设计举例：转台速度控制19

设计举例：胰岛素注射控制系统20

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统21

练习题23

习题24

高级习题29

设计题30

名词和概念31

第2章 系统的数学模型33

预览33

引言33

物理系统的微分方程34

物理系统的线性近似37

拉普拉斯变换39

线性系统的传递函数44

框图模型56

信号流图模型60

控制系统的计算机分析65

设计举例66

利用MATLAB进行系统仿真73

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统85

小结87

练习题87

习题94

高级习题108

设计题109

MATLAB题111

名词和概念113

第3章 状态变量模型116

预览116

引言116

动态系统的状态变量117

状态微分方程119

信号流图和框图模型121

其他形式的信号流图和框图模型130

从状态方程得到传递函数135

时间响应和状态转移矩阵136

离散时间响应的计算139

设计举例：打印机皮带驱动器143

利用MATLAB分析状态变量模型148

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统152

小结154

练习题155

习题158

高级习题168

设计题169

MATLAB题170

名词和概念172

第4章 反馈控制系统的特性174

预览174

开环和闭环控制系统174

控制系统对于参数变化的灵敏度176

控制系统的暂态响应控制179

反馈控制系统中的扰动信号182

稳态误差186

反馈代价188

设计实例：英吉利海峡隧道掘进机188

设计实例：火星探测车191

使用MATLAB分析控制系统特性193

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统199

小结202

练习题203

习题206

高级习题214

设计题217

MATLAB题220

名词和概念223

第5章 反馈控制系统的性能224

预览224

引论225

测试输入信号225

二阶系统的性能227

附加零极点对二阶系统响应的影响232

阻尼系数的估算236

s平面上根的位置与暂态响应237

反馈控制系统的稳态误差238

非单位反馈系统的稳态误差241

性能指标243

线性系统的简化250

设计实例：哈勃望远镜指向系统253

利用MATLAB和Simulink分析系统性能255

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统263

小结266

练习题267

习题271

高级习题277

设计题279

MATLAB题282

名词和概念284

第6章 线性反馈系统的稳定性285

预览285

稳定性的概念285

Routh-Hurwitz稳定性判据288

反馈控制系统的相对稳定性295

状态变量系统的稳定性296

设计实例：漫游车转向控制299

应用MATLAB分析系统稳定性300

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统308

小结310

练习题311

习题313

高级习题318

设计题320

MATLAB题322

名词和概念324

第7章 根轨迹方法325

预览325

引论326

根轨迹的概念326

画出根轨迹的步骤329

一个应用根轨迹法进行控制系统分析和设计的例子341

应用根轨迹法进行参数设计344

灵敏度与根轨迹348

三项（PID）控制器353

设计实例：激光操作器控制系统355

机器人控制系统的设计357

应用MATLAB分析根轨迹360

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统364

小结366

练习题369

习题374

高级习题385

设计题388

MATLAB题394

名词和概念396

第8章 频率响应法397

预览397

引论397

频率响应图400

绘制Bode图举例413

频率响应的测量416

频域性能指标418

对数幅相图420

设计举例：雕刻机的控制系统421

使用MATLAB的频率响应方法424

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统429

小结431

练习题434

习题437

高级习题447

设计题448

MATLAB题451

名词和概念454

第9章 频域稳定性456

预览456

引论456

s平面上的围道映射457

Nyquist判据462

相对稳定性与Nyquist判据471

在频域中给定时域性能指标476

系统带宽482

时滞控制系统的稳定性484

设计举例：遥控侦察车486

频域中的PID控制器489

利用MATLAB分析频域稳定性490

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统499

小结506

练习题507

习题513

高级习题523

设计题526

MATLAB题531

名词和概念533

第10章 反馈控制系统的设计535

预览535

引论536

系统设计方法537

串联校正网络538

用Bode图进行超前校正设计542

用根轨迹进行超前校正设计546

用积分网络进行系统设计551

用根轨迹进行滞后校正设计553

用Bode图进行滞后校正设计557

用解析和计算机方法在Bode图上进行系统设计560

带有前置滤波的系统561

最小拍响应设计564

设计举例：转子绕线控制系统566

设计举例：X——Y绘图仪569

利用MATLAB设计系统571

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统578

小结579

练习题580

习题584

高级习题595

设计题598

MATLAB题603

名词和概念605

第11章 状态变607

反馈系统的设计607

预览607

引论607

能控性608

能观性610

全状态反馈设计613

Ackermann公式615

观测器设计616

校正装置设计：全状态反馈和观测器的集成620

参考输入624

最优控制系统626

内模设计633

设计举例：自动测试系统636

利用MATLAB的状态变量设计639

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统646

小结647

练习题647

习题649

高级习题6

设计题657

MATLAB题660

名词和概念664

第12章 鲁棒控制系统666

预览666

引论667

鲁棒控制系统与系统灵敏度667

鲁棒性分析671

带有不确定参数的系统673

鲁棒控制系统设计674

PID控制器679

鲁棒PID控制系统设计680

设计举例：飞机自动驾驶仪685

太空望远镜控制系统设计686

鲁棒丝筒驱动设计687

鲁棒内模控制系统690

超高精度钻石切削机的设计691

准定量反馈系统694

利用MATLAB的鲁棒控制系统设计696

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统699

小结701

练习题702

习题704

高级习题711

设计题715

MATLAB题722

名词和概念725

第13章 数字控制系统726

预览726

引论727

数字计算机控制系统的应用727

采样数据系统729

z变换731

闭环反馈采样数据系统735

z平面中的稳定性分析737

二阶采样数据系统的性能738

用数字计算机进行闭环系统校正740

工作台运动控制系统的设计742

数字控制系统的根轨迹744

数字控制器的实现747

利用MATLAB的数字控制系统748

系列设计举例：磁盘驱动器读入系统753

小结754

练习题754

习题756

高级习题759

设计题760

MATLAB题762

名词和概念763