自動(dòng)控制理論

前言

　　自動(dòng)控制理論是自動(dòng)化技術(shù)的理論基礎(chǔ)。它提供了設(shè)計(jì)物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的原理和方法，使這些系統(tǒng)可以自動(dòng)地適應(yīng)環(huán)境的變化以保持期望的性能。在過(guò)去的50多年里，隨著控制理論取得突破性進(jìn)展，以及傳感技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的改善，使得自動(dòng)化技術(shù)能更廣泛地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)和國(guó)防需求。如今，在工程系統(tǒng)中，自動(dòng)控制已成為不可或缺的使能技術(shù)（EnablingTechnology）。　　近20年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、通信和傳感器技術(shù)的發(fā)展，控制原理和方法的應(yīng)用機(jī)遇快速增長(zhǎng)。自動(dòng)化設(shè)備的價(jià)格日漸低廉并且無(wú)所不在，擁有嵌入式處理器、傳感器和網(wǎng)絡(luò)硬件的設(shè)備越來(lái)越多，這使開(kāi)發(fā)具有一定智能和高性能的機(jī)器成為可能，并將大大影響我們生活的每一方面，不但包括各種生活必需品，而且包括我們生存的環(huán)境。　　2000年，美國(guó)空軍科研部（Air Force Office ofScientific Research）邀請(qǐng)世界各國(guó)一些著名控制專家成立了一個(gè)委員會(huì)，研討21世紀(jì)控制科學(xué)的未來(lái)方向，于2002年6月發(fā)布了一份104頁(yè)的報(bào)告——《信息爆炸時(shí)代的控制——關(guān)于控制、動(dòng)力學(xué)和系統(tǒng)未來(lái)方向的專家小組報(bào)告》（Control in an Information Rich World：Report of the Panel on Future Directions in ControlDynamics and Systems）。該報(bào)告提出了21世紀(jì)控制科學(xué)的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。針對(duì)控制工程教育的未來(lái)發(fā)展，專家小組建議統(tǒng)一和壓縮過(guò)去40年所積累的資料和體系，為專業(yè)和非專業(yè)人士開(kāi)發(fā)新的課程和教科書，使控制成為大學(xué)理工專業(yè)的必修課，以滿足未來(lái)控制教育的新要求。　　與此同時(shí)，我國(guó)逐步實(shí)施創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教育改革。為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的自動(dòng)化人才，需要構(gòu)建適應(yīng)時(shí)代需求的控制科學(xué)與工程學(xué)科基礎(chǔ)教育及課程體系。自2003年以來(lái)，我們?cè)谧詣?dòng)控制理論課程的教學(xué)中，進(jìn)行了重要的改革與嘗試，以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主線，圍繞“動(dòng)態(tài)、建模、互聯(lián)和不確定性”4個(gè)重要概念，在參考國(guó)外同類最新教材的基礎(chǔ)上，重新編寫自動(dòng)控制理論講義和組織教學(xué)，取得了良好的效果。

內(nèi)容概要

本書基于系統(tǒng)的輸入/輸出響應(yīng)，論述反饋控制原理及其改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程和處理系統(tǒng)不確定性的方法。書中的許多內(nèi)容體現(xiàn)了作者多年的教學(xué)成果。為適應(yīng)信息時(shí)代的控制科學(xué)與工程的需要，本書在課程體系與內(nèi)容上作了較大幅度的更新。全書以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主線，圍繞“動(dòng)態(tài)、建模、互聯(lián)和不確定性”4個(gè)重要概念展開(kāi)。全書共7章，包括緒論、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型、連續(xù)時(shí)間線性系統(tǒng)的時(shí)域分析、線性控制系統(tǒng)的頻域分析、線性控制系統(tǒng)的綜合與校正、非線性控制系統(tǒng)分析、離散控制系統(tǒng)的基本理論。    本書可作為高等院校自動(dòng)化、電氣工程與信息技術(shù)專業(yè)本科生的教材，也可作為理工科其他專業(yè)學(xué)習(xí)自動(dòng)控制理論的本科生、研究生和科技人員的參考書。

作者簡(jiǎn)介

盧子廣，1963年生，男，廣西貴港人，1985年畢業(yè)于北京科技大學(xué)自動(dòng)化系并獲學(xué)士學(xué)位，1988年畢業(yè)于北京科技大學(xué)自動(dòng)化系并獲工學(xué)碩士學(xué)位，2004年畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)系并獲博士學(xué)位。廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事、廣西自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。近5年

書籍目錄

前言第1章　緒論  1.1  引言  1.2  自動(dòng)控制理論的建立和發(fā)展  1.3  自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念    1.3.1  自動(dòng)控制問(wèn)題    1.3.2　控制系統(tǒng)的基小術(shù)語(yǔ)    1.3.3  自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成和要素    1.3.4　開(kāi)環(huán)控制與反饋控制的特點(diǎn)    1.3.5　對(duì)控制系統(tǒng)的要求    1.3.6　控制系統(tǒng)的分類  1.4  自動(dòng)控制理論的基本概念及主要內(nèi)容  1.5  小結(jié)  1.6　習(xí)題第2章　動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型  2.1  引言　2.2　系統(tǒng)的時(shí)域模型    2.2.1　常微分方程模型    2.2.2  非線性系統(tǒng)的局部線性化模型    2.2.3  “黑箱”模型　2.3　復(fù)頻域模型與傳遞函數(shù)    2.3.1　Laplace變換    2.3.2　傳遞函數(shù)    2.3.3　典型環(huán)節(jié)    2.3.4　傳遞函數(shù)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)式　2.4　結(jié)構(gòu)圖及系統(tǒng)互聯(lián)    2.4.1　結(jié)構(gòu)圖    2.4.2　系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)　2.5　信號(hào)流圖及Mason增益公式    2.5.1　信號(hào)流圖    2.5.2　Mason增益公式　2.6　閉環(huán)系統(tǒng)的特性　2.7　小結(jié)　2.8　習(xí)題第3章　連續(xù)時(shí)間線性系統(tǒng)的時(shí)域分析　3.1  典型輸入信號(hào)及其Laplace變換    3.1.1　階躍函數(shù)    3.1.2　斜坡函數(shù)    3.1.3　拋物線函數(shù)    3.1.4　脈沖函數(shù)    3.1.5　正弦函數(shù)　3.2　線性時(shí)不變系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)    3.2.1　用線性微分方程理論分析    3.2.2　用Laplace變換分析　3.3　線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性    3.3.1　穩(wěn)定性的概念    3.3.2　線性時(shí)不變系統(tǒng)穩(wěn)定的條件    3.3.3　Routh-Hurwitz判據(jù)　3.4　控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)  　3.4.1　暫態(tài)性能　  3.4.2　穩(wěn)態(tài)性能　3.5　典型一階系統(tǒng)    3.5.1　單位階躍響應(yīng)    3.5.2　單位斜坡響應(yīng)    3.5.3　單位加速度響應(yīng)　3.6　典型二階系統(tǒng)    3.6.1　二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型    3.6.2　系統(tǒng)的特征根與參量的關(guān)系    3.6.3　單位階躍響應(yīng)    3.6.4　單位斜坡響應(yīng)    3.6.5　改善二階系統(tǒng)的性能　……第4章　線性控制系統(tǒng)的頻域分析第5章　線性控制系統(tǒng)的綜合與校正第6章　非線性控制系統(tǒng)分析第7章　離散控制系統(tǒng)的基本理論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章　動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型　　2.1　引言　　科學(xué)的每一個(gè)分支都有自己的一套“模型”理論，在模型的基礎(chǔ)上可以運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行研究。為了便于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析，同樣需要建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模型。所謂模型，是指系統(tǒng)物理特性的數(shù)學(xué)抽象，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或具有理想特性的符號(hào)組合圖形來(lái)表征系統(tǒng)特性。對(duì)于不同的物理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)抽象和近似，可以得到形式上完全相同的數(shù)學(xué)模型，這為不同領(lǐng)域的系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的分析與設(shè)計(jì)方法。在控制工程中，一般基于物理概念，將系統(tǒng)分解為若干典型的基本環(huán)節(jié)，然后將它們互聯(lián)組合成復(fù)雜系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化分析過(guò)程。分解與互聯(lián)的概念使人們?nèi)菀桌斫夥答佅到y(tǒng)的本質(zhì)，也有助于從系統(tǒng)分析過(guò)渡到系統(tǒng)設(shè)計(jì)?！　≡诒緯恼撌鲋校捎玫氖禽斎?輸出描述方法，即著眼于系統(tǒng)外部輸入與輸出的行為特性，并不關(guān)心系統(tǒng)內(nèi)部變量的情況。許多系統(tǒng)可以抽象或近似為確定性、集總線性時(shí)不變（Linear Time Invariant，LTI）系統(tǒng)。本章論述連續(xù)時(shí)間LTI系統(tǒng)模型，包括微分方程、傳遞函數(shù)，以及描述系統(tǒng)互聯(lián)關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖和信號(hào)流圖。

圖書封面

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