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基本概念篇3

第1章 绪论3

1.1 控制论的发展简史3

1.1.1 中国古代自动装置与反馈思想3

1.1.2 控制和自动化技术的发展经历了四个历史时期4

1.1.3 控制论的创立和发展8

1.2 维纳的《控制论》11

1.2.1 《控制论》名著简介11

1.2.2 “三论”与控制科学13

1.3 控制论的哲学思考15

1.4 控制论在国民经济发展中的作用与地位17

1.5 本书结构18

1.6 小结19

习题19

参考文献20

第2章 基本概念21

2.1 控制论系统21

2.2 控制与调节22

2.3 进化与适应23

2.4 反馈原理23

2.5 系统模型与信号流图24

2.6 信息与通信25

2.7 估计与识别26

2.8 决策与对策28

2.9 智能与学习29

2.10 仿真与重构30

2.11 稳定性与收敛性31

2.12 最优性与鲁棒性32

2.13 自繁殖与自组织33

2.14 必需变异度律34

2.15 小结35

习题35

参考文献35

基本方法篇39

第3章 经典控制理论与方法39

3.1 自动控制系统的类型和组成39

3.1.1 恒值自动调节系统39

3.1.2 程序自动控制系统40

3.1.3 随动系统（伺服系统）41

3.1.4 自动控制系统的组成42

3.1.5 模拟控制（调节）器控制和计算机控制43

3.2 反馈控制方法与扰动补偿方法45

3.3 系统模型与时域分析法46

3.3.1 控制系统的稳定性、稳态误差和动态品质46

3.3.2 自动控制系统的控制规律49

3.3.3 建立控制元件和系统的数学模型50

3.3.4 炉温自动控制系统的数学模型51

3.3.5 自动控制系统的时间域研究法56

3.3.6 稳定性分析及代数判据59

3.4 传递函数与频域分析法61

3.4.1 拉普拉斯变换61

3.4.2 元件和系统的传递函数，系统的结构图62

3.4.3 自动控制系统的频率域分析法69

3.4.4 频率法分析系统的动态性能和稳定性74

3.5 控制系统的校正78

3.5.1 控制系统的频率法校正79

3.5.2 随动系统基于开环幅相特性的频率法校正81

3.5.3 Simulink仿真支持下基于开环传递函数的频率法校正85

3.5.4 过程控制系统的控制器参数整定88

3.5.5 扰动补偿器设计91

3.6 其他线性控制系统93

3.6.1 多变量控制系统和解耦设计93

3.6.2 线性离散控制系统95

3.7 小结99

习题100

参考文献101

第4章 非线性系统控制方法102

4.1 非线性元件及其线性化102

4.1.1 非线性元件102

4.1.2 非线性元件的线性化104

4.2 非线性控制系统的经典研究方法106

4.2.1 非线性系统的相平面研究法106

4.2.2 二阶线性系统的相平面轨迹107

4.2.3 二阶非线性系统的相平面轨迹及其绘制法108

4.2.4 继电器控制系统的相平面图110

4.3 分叉与混沌112

4.4 其他描述与控制方法114

4.4.1 非线性系统研究的描述函数法114

4.4.2 非线性系统的快速控制和校正119

4.5 小结120

习题121

参考文献122

第5章 现代控制理论与方法123

5.1 状态空间模型123

5.1.1 状态空间模型的一般概念123

5.1.2 状态空间模型的时域响应129

5.1.3 连续时间模型的离散化132

5.2 稳定性、能控性与能观性133

5.2.1 线性系统的稳定性133

5.2.2 连续时间线性系统的能控性137

5.2.3 连续时间线性系统的能观性139

5.2.4 离散时间线性系统的能控性与能观性140

5.3 状态估计140

5.3.1 状态估计的准则141

5.3.2 线性系统滤波原理142

5.3.3 基本卡尔曼滤波器143

5.4 系统辨识143

5.4.1 模型辨识问题的数学描述144

5.4.2 离散时间线性差分模型的最小二乘参数估计144

5.4.3 离散时间线性差分模型的递推最小二乘参数估计146

5.4.4 二位式伪随机序列及其在系统辨识中的应用146

5.5 最优控制148

5.5.1 最优控制的基本概念148

5.5.2 离散时间线性二次型最优控制问题149

5.6 自适应控制与预测控制151

5.6.1 自适应控制的一般概念151

5.6.2 最小方差控制与自校正调节器152

5.6.3 广义预测自校正控制器155

5.7 大系统理论与系统工程155

5.7.1 系统工程的一般概念155

5.7.2 现代工业系统的信息结构156

5.7.3 系统优化与大系统理论157

5.7.4 决策与决策支持系统160

5.8 小结161

习题162

参考文献163

第6章 人工智能方法与技术164

6.1 概述164

6.2 模式识别与贝叶斯决策165

6.2.1 模式及其识别165

6.2.2 模式识别系统165

6.2.3 特征提取与特征选择166

6.2.4 分类问题166

6.2.5 贝叶斯决策167

6.3 专家系统与知识推理170

6.3.1 专家系统的特征170

6.3.2 专家系统的结构171

6.3.3 知识表示方法172

6.3.4 知识推理176

6.4 模糊逻辑与模糊推理178

6.4.1 模糊集合论178

6.4.2 模糊逻辑系统179

6.4.3 模糊推理181

6.5 神经网络与机器学习183

6.5.1 神经元数理模型与Hebb规则184

6.5.2 感知器及δ－规则186

6.5.3 多层前馈网络与BP学习算法189

6.5.4 RBF神经网络与聚类分析193

6.6 小结195

习题195

参考文献196

第7章 智能控制方法197

7.1 智能控制的概念197

7.2 专家控制198

7.2.1 专家系统和专家控制器198

7.2.2 专家控制系统举例——青霉素发酵过程专家控制系统199

7.3 模糊控制201

7.3.1 模糊控制原理201

7.3.2 模糊控制应用举例203

7.4 学习控制206

7.5 神经网络控制208

7.5.1 利用神经网络建立模型208

7.5.2 神经元控制210

7.5.3 神经网络控制方法211

7.5.4 基于神经网络的故障诊断213

7.6 小结216

习题217

参考文献217

应用分支篇221

第8章 工程控制221

8.1 过程工业控制221

8.1.1 过程工业控制的研究内容及特点221

8.1.2 过程控制系统的结构与组成222

8.1.3 基于计算机技术的过程控制系统223

8.2 机械加工自动化227

8.2.1 机械加工自动化的内涵与意义227

8.2.2 数控机床228

8.2.3 计算机群控系统230

8.2.4 柔性制造系统230

8.3 电力系统自动化232

8.3.1 电力系统自动化的目标与任务232

8.3.2 电力设备的监督与控制232

8.3.3 电力系统的协调与优化234

8.4 飞行器控制235

8.4.1 飞行器与控制235

8.4.2 飞行器姿态控制系统236

8.4.3 飞行器导航与制导系统237

8.5 自主车辆与交通控制239

8.5.1 自主车辆239

8.5.2 交通控制240

8.6 工业大系统优化与综合自动化243

8.6.1 工业大系统优化243

8.6.2 合成氨装置的在线稳态优化控制245

8.6.3 综合自动化248

8.7 网络化控制系统250

8.7.1 网络化控制系统的特点250

8.7.2 网络传输时延分析251

8.7.3 网络化控制实际应用253

8.8 小结253

习题254

参考文献255

第9章 生物控制256

9.1 概述256

9.2 生物反馈系统257

9.2.1 体温调节系统257

9.2.2 生物反馈治疗259

9.3 神经控制论261

9.3.1 神经网络261

9.3.2 人工智能与模糊系统264

9.3.3 感觉信息处理265

9.4 生物仿生与意念控制265

9.4.1 生物仿生265

9.4.2 意念控制267

9.5 中医学269

9.6 小结270

习题270

参考文献271

第10章 社会经济与生态、环境及农业控制272

10.1 社会经济系统中的反馈与控制272

10.2 人口系统的建模和控制273

10.2.1 人口数学模型的参数估计275

10.2.2 人口数学模型的应用275

10.3 宏观经济数学模型及宏观调控278

10.3.1 投入－产出表和模型280

10.3.2 宏观计量经济模型284

10.3.3 宏观计量经济模型举例285

10.3.4 对国民经济的宏观调控291

10.4 生态、环境及农业系统控制291

10.4.1 生态系统和生态平衡292

10.4.2 生态控制294

10.4.3 环境控制295

10.4.4 环境系统建模和河流污染控制的实例297

10.4.5 发展现代农业和农业自动化300

10.5 小结303

习题304

参考文献305

第11章 机器人与智能系统306

11.1 概述306

11.2 语音识别系统306

11.2.1 语音识别的发展简史307

11.2.2 语音识别的基本原理307

11.2.3 语音识别中的特征提取309

11.2.4 语音训练与识别311

11.2.5 应用展望312

11.3 文字识别系统313

11.3.1 文字识别的基本概念313

11.3.2 汉字识别中的特征提取314

11.3.3 汉字识别中的分类与判决319

11.4 目标识别320

11.4.1 目标识别问题的一般描述320

11.4.2 目标特征提取321

11.4.3 基于多源特征信息融合的目标识别327

11.5 工业机器人330

11.5.1 机器人发展概况330

11.5.2 机器人构成及控制331

11.6 智能机器人334

11.6.1 机器视觉系统的组成335

11.6.2 图像获取335

11.6.3 图像处理技术336

11.6.4 智能图像处理与融合338

11.7 机器人的广泛应用340

11.8 小结344

习题344

参考文献345

附录A 拉普拉斯变换简表346

附录B 矩阵初步347

附录C 随机过程简述352