現(xiàn)代控制工程（第四版）

第1章 控制系統(tǒng)簡介
1.1 引言
1.1.1 歷史的回顧
1.1.2 定義
1.2 控制系統(tǒng)舉例
1.2.1 速度控制系統(tǒng)
1.2.2 溫度控制系統(tǒng)
1.2.3 業(yè)務系統(tǒng)
1.3 閉環(huán)控制和開環(huán)控制
1.3.1 反饋控制系統(tǒng)
1.3.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.3.3 開環(huán)控制系統(tǒng)
1.3.4 閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較
1.4 本書概貌
第2章 拉普拉斯變換
2.1 引言
2.2 復變量和復變函數(shù)
2.2.1 復變量
2.2.2 復變函數(shù)
2.2.3 尤拉定理
2.3 拉普拉斯變換
2.3.1 拉普拉斯變換的存在
2.3.2 指數(shù)函數(shù)
2.3.3 階躍函數(shù)
2.3.4 斜坡函數(shù)
2.3.5 正弦函數(shù)
2.3.6 說明
2.3.7 平移函數(shù)
2.3.8 脈動函數(shù)
2.3.9 脈沖函數(shù)
2.3.10 f(t)與e¯ª相乘
2.3.11 時間比例尺的改變
2.3.12 關于拉普拉斯積分下限的說明
2.4 拉普拉斯變換定理
2.4.1 實微分定理
2.4.2 終值定理
2.4.3 初值定理
2.4.4 實積分定理
2.4.5 復微分定理
2.4.6 卷積積分
2.4.7 兩個時間函數(shù)乘積的拉普拉斯變換
2.4.8 小結
2.5 拉普拉斯反變換
2.5.1 求拉普拉斯反變換的部分分布式展開法
2.5.2 只包含不同極點的F（s）的部分分布式展開
2.5.3 包含多重極點的F（s）的部分分布式展開
2.5.4 說明
2.6 用MATLAB進行部分分布式展開
2.6.1 用MATLAB進行部分分布式展開
2.6.2 用MATLAB求B（s）/A(s)的零點和極點
2.7 解線性定常微分方程
例題和解答
習題
第3章 動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.1 引言
3.1.1 數(shù)學模型
3.1.2 簡化性和精確性
3.1.3 線性系統(tǒng)
3.1.4 線性定常系統(tǒng)和線性時變系統(tǒng)
3.1.5 本章要點
3.2 傳遞函數(shù)和脈沖響應函數(shù)
3.2.1 傳遞函數(shù)
3.2.2 傳遞函數(shù)的說明
3.2.3 卷積積分
3.2.4 脈沖響應函數(shù)
3.3 自動控制系統(tǒng)
3.3.1 方塊圖
3.3.2 閉環(huán)系統(tǒng)的方塊圖
3.3.3 開環(huán)傳遞函數(shù)和前向傳遞函數(shù)
3.3.4 閉環(huán)傳遞函數(shù)
3.3.5 用MATLAB求串聯(lián)、并聯(lián)和反饋（閉環(huán)）傳遞函數(shù)
3.3.6 自動控制器
3.3.7 工業(yè)控制分類
3.3.8 雙位或開關控制作用
3.3.9 比例控制作用
3.3.10 積分控制作用
3.3.11 比例-加-積分控制作用
3.3.12 比例-加-微分控制作用
3.3.13 比例-加-積分-加-微分控制作用
3.3.14 擾動作用下的閉環(huán)系統(tǒng)
3.3.15 畫方塊圖的步驟
3.3.16 方塊圖的簡化
3.4 狀態(tài)空間模型
3.4.1 現(xiàn)代控制理論
3.4.2 現(xiàn)代控制理論與傳統(tǒng)控制理論的比較
3.4.3 狀態(tài)
3.4.4 狀態(tài)變量
3.4.5 狀態(tài)向量
3.4.6 狀態(tài)空間
3.4.7 狀態(tài)空間方程
3.4.8 傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間方程之間的關系
3.4.9 傳遞矩陣
3.5 動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式
3.5.1 線性微分方程作用函數(shù)中不包含導數(shù)項的n階系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式
3.5.2 線性微分方程作用函數(shù)中包含導數(shù)項的n階系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式
3.6 用MATLAB進行數(shù)學模型變換
3.6.1 由傳遞函數(shù)變換為狀態(tài)空間表達式
3.6.2 由狀態(tài)空間表達式變換為傳遞函數(shù)
3.7 機械系統(tǒng)
3.8 電氣和電子系統(tǒng)
3.8.1 LRC電路
3.8.2 狀態(tài)空間表示
3.8.3 串聯(lián)元件的傳遞函數(shù)
3.8.4 復阻抗
3.8.5 無負載效應串聯(lián)元件的傳遞函數(shù)
3.8.6 電子控制器
3.8.7 運算放大器
3.8.8 反相放大器
3.8.9 非反相放大器
3.8.10 求傳遞函數(shù)的阻抗法
3.8.11 利用運算放大器構成的超前或滯后網(wǎng)絡
3.8.12 利用運算放大器構成的PID控制器
3.9 信號流圖
3.9.1 信號流圖
3.9.2 定義
3.9.3 信號流圖的性質
3.9.4 信號流圖代數(shù)
3.9.5 線性系統(tǒng)的信號流圖表示法
3.9.6 控制系統(tǒng)的信號流圖
3.9.7 信號流圖的梅遜增益公式
3.9.8 小結
3.10 非線性數(shù)學模型的線性化
3.10.1 非線性系統(tǒng)的線性化
3.10.2 非線性數(shù)學模型的線性近似
例題和解答
習題
第4章 流體系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)的數(shù)學模型
4.1 引言
4.2 液位系統(tǒng)
4.2.1 液位系統(tǒng)的液阻和液容
4.2.2 液位系統(tǒng)
4.2.3 相互有影響的液位系統(tǒng)
4.3 氣動系統(tǒng)
4.3.1 氣動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)之間的比較
4.3.2 氣動系統(tǒng)
4.3.3 壓力系統(tǒng)的氣阻和氣容
4.3.4 壓力系統(tǒng)
4.3.5 氣動噴嘴-擋板放大器
4.3.6 氣動接續(xù)器
4.3.7 氣動比例控制器（力-距離型）
4.3.8 氣動比例控制器（力-平衡型）
4.3.9 氣動執(zhí)行閥
4.3.10 獲得微分控制作用的基本原理
4.3.11 獲得氣動比例-加-積分控制作用的方法
4.3.12 獲得氣動比例-加-積分-加-微分控制作用的方法
4.4 液壓系統(tǒng)
4.4.1 液壓系統(tǒng)
4.4.2 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點
4.4.3 說明
4.4.4 液壓伺服系統(tǒng)
4.4.5 液壓積分控制器
4.4.6 液壓比例控制器
4.4.7 緩沖器
4.4.8 獲得液壓比例-加-積分控制作用的方法
4.4.9 獲得液壓比例-加-微分控制作用的方法
4.4.10 獲取液壓比例-加-積分-加-微分控制作用的方法
4.5 熱力系統(tǒng)
4.5.1 熱阻和熱容
4.5.2 熱力系統(tǒng)
例題和解答
習題
第5章 瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應分析
5.1 引言
5.1.1 典型試驗信號
5.1.2 瞬態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應
5.1.3 絕對穩(wěn)定性、相對穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差
5.1.4 本章要點
5.2 一階系統(tǒng)
5.2.1 一階系統(tǒng)的單位階躍響應
5.2.2 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應
5.2.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應
5.2.4 線性定常系統(tǒng)的重要物性
5.3 二階系統(tǒng)
5.3.1 伺服系統(tǒng)
5.3.2 二階系統(tǒng)的階躍響應
5.3.3 瞬態(tài)響應指標的定義
5.3.4 關于瞬態(tài)響應指標的幾點說明
5.3.5 二階系統(tǒng)及其瞬態(tài)響應指標
5.3.6 帶速度反饋的伺服系統(tǒng)
5.3.7 二階系統(tǒng)的脈沖響應
5.4 高階系統(tǒng)
5.4.1 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應
5.4.2 閉環(huán)主導極點
5.4.3 復平面上的穩(wěn)定性分析
5.5 用MATLAB進行瞬態(tài)響應分析
5.5.1 引言
5.5.2 線性系統(tǒng)的MATLAB表示
5.5.3 在圖形屏幕上書寫文本
5.5.4 標準二階系統(tǒng)的MATLAB描述
5.5.5 求傳遞函數(shù)系統(tǒng)的單位階躍響應
5.5.6 用MATLAB作單位階躍響應曲線的三維圖
5.5.7 用MATLAB求上升時間、峰值時間、最大過調量和調整時間
5.5.8 脈沖響應
5.5.9 求脈沖響應的另一種方法
5.5.10 斜坡響應
5.5.11 在狀態(tài)空間中定義的系統(tǒng)的單位斜坡響應
5.5.12 求對任意輸入信號的響應
5.5.13 地初始條件的響應
5.5.14 對初始條件的響應（狀態(tài)空間方法，情況1）
5.5.15 對初始條件的響應（狀態(tài)空間方法，情況2）
5.5.16 利用命令Initial求對初始條件的響應
5.6 用MATLAB解題舉例
5.6.1 機械振動系統(tǒng)
5.6.2 用MATLAB求解
5.7 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
5.7.1 勞斯穩(wěn)定判據(jù)簡介
5.7.2 特殊情況
5.7.3 相對穩(wěn)定性分析
5.7.4 勞斯穩(wěn)定判據(jù)在控制系統(tǒng)分析中的應用
5.8 積分和微分控制作用對系統(tǒng)性能的影響
5.8.1 積分控制作用
5.8.2 系統(tǒng)的比例控制
5.8.3 系統(tǒng)的積分控制
5.8.4 對轉矩擾動的響應（比例控制）
5.8.5 對轉矩擾動的響應（比例-加-積分控制）
5.8.6 微分控制作用
5.8.7 帶慣性負載系統(tǒng)的比例控制
5.8.8 具有慣性負載系統(tǒng)的比例-加-微分控制
5.8.9 二階系統(tǒng)的比例-加-微分控制
5.9 單位反饋控制系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)誤差
5.9.1 控制系統(tǒng)的分類
5.9.2 穩(wěn)態(tài)誤差
5.9.3 靜態(tài)位置誤差常數(shù)Kp
5.9.4 靜態(tài)速度誤差常數(shù)Kp
5.9.5 表態(tài)加速度誤差常數(shù)Kp
5.9.6 小結
例題和解答
習題
第6章 根軌跡分析
6.1 引言
6.1.1 根軌跡法
6.1.2 本章要點
6.2 根軌跡圖
6.2.1 輻角和幅值系統(tǒng)
6.2.2 示例
6.3 根軌跡作圖的一般規(guī)則
6.3.1 根軌跡作圖的一般規(guī)則
6.3.2 關于根軌跡圖的說明
6.3.3 G（s）的極點與H（s）的零點的抵消
6.3.4 典型的極-零點分布及其相應的根軌跡
6.3.5 小結
6.4 用MATLAB作根軌跡圖
6.4.1 用MATLAB作根軌跡圖
6.4.2 定常軌跡和定常w軌跡
6.4.3 根軌跡與定常增益軌跡的正交性
6.4.4 求根軌跡上任意點的增益K值
6.4.5 非最小相位系統(tǒng)
6.5 正反饋系統(tǒng)
6.6 條件穩(wěn)定系統(tǒng)
6.7 具有傳遞延遲的系統(tǒng)的根軌跡
6.7.1 傳遞延遲的停歇時間的近似
6.7.2 停歇時間的MATLAB近似計算
例題和解答
習題
第7章 控制系統(tǒng)設計的根軌跡法
7.1 引言
7.1.1 性能指標
7.1.2 用根軌跡法進行設計
7.1.3 系統(tǒng)的校正
7.1.4 串聯(lián)校正和并聯(lián)(或反饋)校正
7.1.5 校正裝置
7.1.6 設計步驟
7.1.7 本章要點
7.2 初步設計研究
7.2.1 控制系統(tǒng)設計的根軌跡法
7.2.2 增加極點的影響
7.2.3 增加零點的影響
7.3 超前校正
7.3.1 超前校正裝置
7.3.2 基于根軌跡法的超前校正技術
7.4 滯后校正
7.4.1 采用運算放大器的電子滯后校正裝置
7.4.2 基本根軌跡法的滯后校正
7.4.3 用根軌跡法進行滯后校正設計的步驟
7.5 滯后-超前校正
7.5.1 利用運算放大器構成的電子滯后-超前校正裝置
7.5.2 基于根軌跡法的滯后-超前校正方法
7.6 并聯(lián)校正
7.6.1 并聯(lián)校正系統(tǒng)設計的基本原理
7.6.2 速度反饋系統(tǒng)
例題和解答
習題
第8章 頻率響應分析
8.1 引言
8.1.1 求系統(tǒng)對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)輸出
8.1.2 用圖形表示頻率響應特性
8.1.3 本章要點
8.2 伯德圖
8.2.1 伯德圖或對數(shù)坐標圖
8.2.2 G（jw)H（jw）的基本因子
8.2.3 增益K
8.2.4 積分和微分因子
8.2.5 一階因子
8.2.6 二階因子
8.2.7 諧振頻率和諧振峰值
8.2.8 繪制伯德圖的一般步驟
8.2.9 最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)
8.2.10 傳遞延遲
8.2.11 系統(tǒng)類型與對數(shù)幅值曲線之間的關系
8.2.12 靜態(tài)位置誤差常數(shù)的確定
8.2.13 靜態(tài)速度誤差常數(shù)的確定
8.2.14 靜態(tài)加速度誤差常數(shù)的確定
8.3 用MATLAB作伯德圖
8.4 極坐標圖
8.4.1 積分和微分因子
8.4.2 一階因子
8.4.3 二階因子
8.4.4 極坐標圖的一般形狀
8.5 用MATLAB作奈奎斯特圖
8.5.1 注意事項
8.5.2 定義在狀態(tài)空間的系統(tǒng)的奈奎斯特圖畫法
8.6 對數(shù)幅-相圖
8.7 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
8.7.1 預備知識
8.7.2 映射定理
8.7.3 映射定理在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應用
8.7.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
8.7.5 關于奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的幾點說明
8.7.6 G（s）H（s）含有位于jw軸上的極點和（或）零點的特殊情況
8.8 穩(wěn)定性分析
8.8.1 條件穩(wěn)定系統(tǒng)
8.8.2 多加路系統(tǒng)
8.8.3 應用于逆極坐標圖上的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
8.8.4 利用改變的奈奎斯特軌跡分析相對穩(wěn)定性
8.9 相對穩(wěn)定性
8.9.1 通過保角變換進行相對穩(wěn)定性分析
8.9.2 相位裕量和增益裕量
8.9.3 關于相位裕量和增益量的幾點說明
8.9.4 用MATLAB求增益裕量、相位裕量、相位交界頻率和增益交界頻率
8.9.5 諧振峰幅值Mr和諧振峰值頻率Wr
8.9.6 標準二階系統(tǒng)中階躍瞬態(tài)響應與頻率響應之間的關系
8.9.7 一般系統(tǒng)中的階躍瞬態(tài)響應與頻率響應之間的關系
8.9.8 截止頻率和帶寬
8.9.9 剪切率
8.9.10 獲得諧振峰值、揩振頻率和帶寬的MATLAB方法 
8.10 單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)頻率響應
8.10.1 閉環(huán)頻率響應
8.10.2 等幅值軌跡（M圓）
8.10.3 等相角軌跡（N圓）
8.10.4 尼柯爾斯圖
8.11 傳遞函數(shù)的實驗確定法
8.11.1 正弦信號產(chǎn)生器
8.11.2 由伯德圖求最小相位傳遞函數(shù)
8.11.3 非最小相位傳遞函數(shù)
8.11.4 關于實驗確定傳遞函數(shù)的幾點說明
例題和解答
習題
第9章 控制系統(tǒng)設計的頻率響應法
9.1 引言
9.1.1 控制系統(tǒng)設計的頻率響應法
9.1.2 從開環(huán)頻率響應可以獲得的信息
9.1.3 對開環(huán)頻率響應的要求
9.1.4 超前、滯后和滯后-超前校正的基本特性
9.1.5 本章要點
9.2 超前校正
9.2.1 超前校正裝置的特性
9.2.2 基于頻率響應法的超前校正
9.3 滯后校正
9.3.1 滯后校正的特性
9.3.2 基于頻率響應法的滯后校正
9.3.3 關于滯后校正的一說說明
9.4 滯后-超前校正
9.4.1 滯后-超前校正裝置的特性
9.4.2 基于頻率響應法的滯后-超前校正
9.5 結論
9.5.1 超前、滯后和滯后-超前校正的比較
9.5.2 圖形對比
9.5.3 反饋校正
9.5.4 不希望極點的抵消
9.5.5 不希望的共軛復數(shù)極點的抵消
9.5.6 結束語
例題和解答
習題
第10章 PID控制與二自由度控制系統(tǒng)
10.1 引言  
10.2 PID控制器的調節(jié)法則
10.2.1 控制對象的PID控制
10.2.2 用來調整PID控制器的齊格勒-尼柯爾斯法則
10.2.3 第一種方法
10.2.4 第二種方法
10.2.5 說明
10.3 求最佳參數(shù)值集合的計算方法
10.4 PID控制方案的修正
10.4.1 PI-D控制
10.4.2 I-PD控制
10.4.3 二自由度PID控制
10.5 二自由度控制
10.6 改善響應特性的零點配置法
10.6.1 零點配置
10.6.2 地系統(tǒng)響應特性的要求
10.6.3 確定Gc2
10.6.4 零點配置
例題和解答
習題
第11章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析
11.1 引言
11.2 傳遞函數(shù)的狀態(tài)空間表態(tài)式
11.2.1 狀態(tài)空間標準形的表達式
11.2.2 n*n維矩陣A的特征值
11.2.3 n*n維矩陣的對角化
11.2.4 特征值的不變性
11.2.5 狀態(tài)變量組的非惟一性
11.3 用MATLAB進行系統(tǒng)模型變換
11.3.1 傳遞函數(shù)系統(tǒng)的狀態(tài)窨表達式
11.3.2 由狀態(tài)空間表達式到傳遞函數(shù)的變換
11.4 定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
11.4.1 齊次狀態(tài)方程的解
11.4.2 矩陣指數(shù)
11.4.3 齊次狀態(tài)方程的拉普拉斯變換解法
11.4.4 狀態(tài)轉移矩陣
11.4.5 狀態(tài)轉移矩陣的性質
11.4.6 非齊次狀態(tài)方程的解
11.4.7 非齊次狀態(tài)方程的拉普拉斯變換解法
11.4.8 初始狀態(tài)為x(t0)的解
11.5 向量矩陣分析中的若干結果
11.5.1 凱萊-哈密爾頓定理
11.5.2 最小多項式
11.5.3 矩陣指數(shù)
11.5.4 向量的線性無關
11.6 可控性
11.6.1 可控性和可觀測性
11.6.2 連續(xù)時間系統(tǒng)的狀態(tài)完全可控性
11.6.3 狀態(tài)完全可控性條件的另一種形式
11.6.4 在s平面上狀態(tài)完全可控的條件
11.6.5 輸出可控性
11.6.6 不可控系統(tǒng)
11.6.7 可穩(wěn)定性
11.7 可觀測性
11.7.1 連續(xù)時間系統(tǒng)的完全可觀測性
11.7.2 在s平面上完全可觀測性的條件
11.7.3 注釋
11.7.4 完全可觀測性條件的另一種形式
11.7.5 對偶原則
11.7.6 可檢測性
例題和解答
習題
第12章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設計
12.1 引言
12.2 極點配置
12.2.1 極點配置設計
12.2.2 任意配置極點的充分必要條件
12.2.3 用變換矩陣T確定矩陣K
12.2.4 用直接代入法確定矩陣K
12.2.5 用愛克曼公式確定矩陣K
12.2.6 調節(jié)器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)
12.2.7 選擇希望的閉環(huán)極點的位置
12.2.8 注釋
12.3 用MATLAB解極點配置問題
12.4 伺服系統(tǒng)設計
12.4.1 當控制對象含有一個積分器的I型伺服系統(tǒng)設計
12.4.2 當控制對象無積分器時I型伺服系統(tǒng)的設計
12.4.3 系統(tǒng)單位階躍響應特性
12.5 狀態(tài)觀測器簡介
12.5.1 狀態(tài)觀測器
12.5.2 全階狀態(tài)觀測器
12.5.3 對偶問題
12.5.4 狀態(tài)觀測的充分必要條件
12.5.5 求狀態(tài)觀測器增益矩陣Ke的變換法
12.5.6 求狀態(tài)觀測器曾益矩陣Ke的直接代入法
12.5.7 愛克曼公式
12.5.8 最佳Ke選擇的注釋
12.5.9 觀測器的引入對閉環(huán)系統(tǒng)的影響
12.5.10 控制器-觀測器的傳遞函數(shù)
12.5.11 最小階觀測器
12.5.12 具有最上階觀測器的觀測-狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)
12.5.13 用MATLAB確定觀測器增益矩陣Ke
12.5.14 控制器-最小階觀測器的傳遞函數(shù)
12.6 帶觀測器的調節(jié)器系統(tǒng)設計
12.7 帶觀測器的控制系統(tǒng)設計
12.7.1 帶觀測器的控制系統(tǒng)設計說明
12.7.2 狀態(tài)空間設計法結語
12.8 二次型最佳調節(jié)器系統(tǒng)
12.8.1 二次型最佳調節(jié)器問題
12.8.2 用MATLAB解二次型最佳調節(jié)器問題
12.8.3結論
例題和解答
習題
參考文獻