自動控制理論及工程應用

目 錄
第1章 自動控制的基本概念\t1
1．1 概述\t1
1．2 反饋控制的概念及特點\t1
1．3 典型自動控制系統的組成及工作原理\t2
1．4 自動控制系統的性能要求\t4
第2章 數學基礎――拉普拉斯變換\t5
2．1 拉氏變換的基本概念\t5
2．2 拉氏變換的主要運算定理\t9
2．3 拉氏變換應用舉例\t14
第3章 控制系統的數學模型\t20
3．1 微分方程模型\t20
3．2 傳遞函數模型\t25
3．3 結構框圖模型\t31
3．3．1 結構框圖的基本概念\t31
3．3．2 結構框圖的等效變換\t32
3．4 控制系統數學模型參數的實驗確定\t35
3．4．1 引言\t35
3．4．2 簡單二階系統階躍響應\t36
3．4．3 一種新的辨識方法\t41
3．5 狀態(tài)空間模型\t47
3．5．1 引言\t47
3．5．2 狀態(tài)與狀態(tài)空間的概念\t48
3．5．3 狀態(tài)與狀態(tài)空間的概念系統的狀態(tài)空間描述\t48
3．5．4 線性系統的狀態(tài)空間表達式\t53
3．5．5 狀態(tài)方程的線性變換\t54
第4章 控制系統的運動響應分析\t57
4．1 典型輸入一階系統的運動響應分析\t57
4．2 典型輸入二階系統的運動響應分析\t58
4．3 高階系統的運動響應分析\t62
4．4 控制系統的頻率特性\t63
4．4．1 對數頻率特性（Bode圖）\t63
4．4．2 幅相頻率特性（Nyquist圖）\t70
第5章 控制系統的運動性能分析\t74
5．1 控制系統的運動性能分析\t74
5．1．1 穩(wěn)定的充要條件\t74
5．1．2 穩(wěn)定性分析判據\t75
5．1．3 穩(wěn)定裕度\t78
5．1．4 穩(wěn)定裕度的計算\t79
5．2 控制系統的穩(wěn)態(tài)性能（控制精度）分析\t80
5．2．1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義\t80
5．2．2 穩(wěn)態(tài)誤差的分析與計算\t81
5．2．3 穩(wěn)態(tài)誤差的影響因素（減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法）\t85
小結\t86
5．3 控制系統的暫態(tài)性能（響應速度）分析\t87
5．3．1 暫態(tài)性能指標\t87
5．3．2 一階系統的性能指標計算\t88
5．3．3 二階欠阻尼系統的性能指標計算\t88
第6章 控制系統的校正\t91
6．1 校正裝置\t91
6．1．1 超前校正網絡及其特性\t91
6．1．2 滯后校正網絡及其特性\t93
6．1．3 滯后-超前校正網絡及其特性\t95
6．2 串聯PID校正（基于頻域方法）\t96
6．2．1 比例微分（PD）控制\t97
6．2．2 比例積分（PI）控制\t97
6．2．3 比例積分微分（PID）控制\t97
6．3 反饋校正\t100
6．4 反饋和前饋復合校正\t100
第7章 控制系統綜合應用實例\t102
7．1 概述\t102
7．2 實驗設備\t102
7．3 模型辨識\t103
7．3．1 滾筒系統的傳遞函數\t103
7．3．2 帶滾筒系統的傳遞函數\t106
7．4 補償控制器設計與實現\t110
7．4．1 積分控制\t111
7．4．2 比例-積分控制\t114
第8章 控制系統的計算機輔助分析與設計\t115
8．1 MATLAB簡介\t115
8．1．1 操作界面介紹\t116
8．1．2 幫助系統\t117
8．1．3 工具箱\t119
8．2 MATLAB基本使用方法\t120
8．2．1 基本要素\t120
8．2．2 應用基礎\t122
8．2．3 數值運算\t126
8．2．4 符號運算\t130
8．2．5 圖形表達功能\t134
8．2．6 程序設計基礎\t142
8．3 基于MATLAB控制系統的數學模型分析\t145
8．3．1 數學模型的建立\t145
8．3．2 數學模型的轉換\t153
8．3．3 數學模型的連接\t158
8．4 基于MATLAB控制系統的運動響應分析\t160
8．4．1 零輸入響應分析\t160
8．4．2 脈沖輸入響應分析\t162
8．4．3 階躍輸入響應分析\t163
8．4．4 任意輸入響應分析\t165
8．4．5 根軌跡分析方法\t167
8．4．6 控制系統的頻率特性\t170
8．5 基于MATLAB控制系統的運動性能分析\t174
8．5．1 控制系統的穩(wěn)定性分析\t174
8．5．2 控制系統的穩(wěn)態(tài)性能分析\t179
8．5．3 控制系統的動態(tài)性能分析\t180
8．6 基于Simulink控制系統的建模與仿真\t182
8．6．1 Simulink模塊庫\t182
8．6．2 Simulink的基本操作\t191
8．6．3 Simulink建模與仿真\t192
8．7 基于MATLAB控制系統的校正\t197
8．7．1 PID控制器\t197
8．7．2 超前校正\t200
8．7．3 滯后校正\t202
8．7．4 SISO設計工具\t204
第9章 三自由度直升機系統半實物仿真與實時控制\t212
9．1 Quanser三自由度直升機的系統結構和數學模型\t212
9．2 PID控制器設計\t215
9．3 數值仿真\t216
9．4 半實物仿真與實時控制\t221
9．4．1 半實物仿真系統\t221
9．4．2 主動干擾系統（Active Disturbance System，ADS）\t222
9．4．3 含主動干擾系統（ADS）\t225
9．5 半實物仿真實驗結果\t230
9．5．1 主動干擾系統（ADS）\t230
9．5．2 含主動干擾系統（ADS）\t232
參考文獻\t236