现代工程控制理论

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现代工程控制理论

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现代工程控制理论

作者：佚名文章来源：化学工业出版社点击数：更新时间：2006-9-24 9:41:39

简介

本书将控制理论中“经典控制理论”与“现代控制理论”两部分内容以科学方法论的观点有机地融合起来。强调用准确的物理概念来分析问题、解决问题。全书共分9章：绪论、数学模型、时域分析、频域分析、系统校正、反馈设计、数字控制、卡尔曼滤波与随机控制、最优控制等。

本书可作为高等学校工程类相关专业本科生、研究生、工程硕士生教材，也可供其他专业高年级学生自学，供科技工作者和高校教师从事控制理论时参考。

1绪论1

11控制系统的工作原理及其组成1

111工作原理1

112开环控制和闭环控制2

113闭环控制系统的组成3

12控制系统的基本类型4

121按输入量的特征分类4

122按系统中传递信号的性质分类4

13对控制系统的基本要求5

14控制理论的发展5

2控制系统的数学模型8

21动态系统数学模型的建立8

211系统的运动微分方程8

212线性与非线性系统10

213非线性系统的线性化10

22传递函数12

221传递函数的定义13

222系统的开环与闭环传递函数14

223典型环节的传递函数15

224传递函数方框图17

23信号流图21

231信号流图中使用的符号及术语21

232信号流图的性质22

233运算法则23

234线性系统信号流图的绘制24

235信号流图的梅森增益公式24

24系统的状态空间模型27

241状态空间描述27

242状态空间方程27

25数学模型的转换30

251传递函数与状态空间方程30

252传递矩阵31

253系统的状态空间表达式32

26用MATLAB求数学模型及数

学模型的转换37

261用MATLAB求数学模型37

262用MATLAB求数学模型

的转换38

习题40

3系统时域分析45

31单输入单输出系统时间响应45

311一阶系统时间响应45

312二阶系统的时间响应47

313高阶系统的时间响应50

314时间响应性能指标51

32状态转移矩阵和多变量系统的

时间响应54

321状态转移矩阵54

322线性定常连续系统的时间响应60

323线性时变连续系统的时间响应62

33系统的稳定性65

331单输入单输出线性定常系统

稳定性分析65

332李雅普诺夫稳定性分析67

333李雅普诺夫第一法68

334李雅普诺夫第二法69

34稳态性能73

341稳态误差的基本概念73

342稳态误差的计算73

343稳态误差系数74

344扰动引起的稳态误差和系统

总误差78

35根轨迹分析78

351根轨迹79

352闭环系统根轨迹分析81

习题82

4控制系统的频域分析86

41频率特性86

411频率特性的基本概念86

412频率特性的求取88

42频率特性图示法88

421频率特性的图示方法88

422典型环节的频率特性90

423系统开环频率特性97

43频域稳定性101

431映射定理101

432奈奎斯特稳定判据101

433对数稳定判据106

44稳定性裕量107

45系统闭环频率特性110

451闭环频率特性的求取110

452闭环系统频域指标111

46由频域特性分析系统性能112

461典型二阶系统112

462高阶系统115

463用开环对数频率特性分析系统

的性能115

464传递函数的实验法确定117

47用MATLAB进行频域分析117

471用MATLAB绘制系统的奈奎

斯特图118

472用MATLAB绘制系统的

伯德图119

习题120

5控制系统的校正与设计124

51设计与校正方法124

511控制系统的性能指标124

512校正装置124

52频域校正129

521串联校正129

522反馈校正135

523复合校正136

53根轨迹法校正138

531控制系统的根轨迹校正138

532系统希望极点的位置139

533根轨迹校正140

54用MATLAB进行校正设计148

习题153

6控制系统反馈设计155

61系统的能控性与能观测性155

611能控性定义及其判据155

612能观测性定义及其判据159

613能控性及能观测性标准型

状态模型162

62状态反馈和线性系统的综合163

621状态反馈和线性系统综合

的概念163

622状态反馈和系统特征值的配置165

63系统的镇定问题170

64状态观测器171

641状态观测器的基本思想171

642全维状态观测器172

643降维状态观测器175

65带状态观测器的状态反馈控制

系统的特性178

651分离原理178

652设计带观测器的状态反馈系统179

653用MATLAB设计状态观

测器180

66渐近跟踪鲁棒调节器184

习题185

7数字控制系统189

71概述189

72信号采样190

721采样过程190

722采样信号的频谱191

73Z变换194

731Z变换定义194

732Z变换的求法195

733Z变换的性质197

734Z反变换199

74离散系统的数学模型201

741差分方程202

742用Z变换解差分方程202

743脉冲传递函数203

75离散控制系统性能分析209

751离散控制系统的稳定性分析209

752离散控制系统的稳态误差分析212

753离散控制系统的动态性能分析214

76数字控制器的设计216

761数字控制器的脉冲传递函数216

762最少拍系统的设计216

763离散PID控制器217

77离散控制系统的状态空间描述220

771将标量差分方程化为状态

空间描述220

772将脉冲传递函数化为状态

空间描述221

773离散时间系统状态方程的求解222

774线性连续系统状态空间表

达式的离散化223

775线性离散定常系统的能控能

观测判据226

78用MATLAB进行数字系统分析227

习题231

8卡尔曼滤波与随机控制234

81线性估计234

82随机变量与随机过程235

821概率与随机变量235

822随机过程与相关函数239

83线性最小方差估计240

831估计的准则240

832采用配方法确定估计XL241

833线性最小方差估计的特点241

84随机线性系统的数学描述242

841随机连续系统的状态空间描述242

842随机离散系统的状态空间描述244

843由离散系统的极限情况求连续

系统的状态空间描述245

85卡尔曼滤波的基本思想246

851对简单例子的分析246

852实际情况的分析246

853增益矩阵Kk的确定247

86离散系统的卡尔曼滤波248

861卡尔曼滤波原理——递推公式248

862卡尔曼滤波公式的证明249

863对卡尔曼滤波公式的讨论251

87离散卡尔曼滤波的推广254

871动态噪声和量测噪声相关且考虑

随机控制信号时的离散卡尔

曼滤波254

872对线性定常系统的状态

进行估计256

88有色噪声情况下线性系统的滤波257

881已知情况的处理257

882求滤波递推公式259

89连续时间系统的卡尔曼滤波260

891不考虑确定性控制信号U、动态

噪声W(t)与量测噪声V(t)不

相关的情况260

892考虑有确定控制信号U、动态

噪声Wk与观测噪声Vk相关

的情况262

810随机线性系统的最优控制266

习题268

9最优控制270

91最优控制的描述270

92最优控制的变分法272

921泛函与变分272

922欧拉方程273

923横截条件274

924变分法解最优控制问题276

93极小值原理279

94动态规划281

95线性二次型最优控制286

951有限时间状态调节器问题286

952无限时间状态调节器问题287

953输出调节器问题289

954线性跟踪器问题291

习题294

附录296

附录A常用函数拉普拉斯变换对照表296

附录B拉普拉斯变换基本定理297

附录CZ变换表297

附录DMATLAB函数299

部分习题参考答案301

参考文献308
作者：陆一心主编

开本：16 装帧：平书号：7-5025-8758-6

出版日期：2006年8月版次： 1版1次页数：316页

文章录入：wktl 责任编辑：wktl

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