現(xiàn)代控制工程

內容概要

　　本書為自動控制系統(tǒng)的經典教材，
詳細介紹了連續(xù)控制系統(tǒng)（包括電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、流體動力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)）的數(shù)學模型建模方法，動態(tài)系統(tǒng)的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析方法，
根軌跡分析和設計方法，
頻率域的分析和設計方法，以及PID控制器和變形PID控制器的設計方法；同時還比較詳細地介紹了現(xiàn)代控制理論中的核心內容，即狀態(tài)空間分析和設計方法。最后還簡要地介紹了20世紀80~90年代發(fā)展起來的稱為“后現(xiàn)代控制理論”的魯棒控制系統(tǒng)。全書自始至終貫穿了用MATLAB工具分析和設計各類控制系統(tǒng)問題。

作者簡介

　　盧伯英，北京航空航天大學教授.1935年出生于山東省濟南市。1960年畢業(yè)于哈爾濱軍事工程學院航空武器控制專業(yè)。先后在哈爾濱軍事工程學院，西北工業(yè)大學和北京航空航天大學任教。1982年至1984年赴英國倫敦大學帝國理工學院作訪問學者，從事最佳濾波與自適應控制方面的專題研究。1986年至1997年，受中國民航總局邀請，參與了空中交通管制方面的研究與開發(fā)，任中國民航空中交通管制專家組組長，并被委派到國際民航組織自動相關監(jiān)視專家組（加拿大，蒙特利爾）任中方首席專家?！　慕桃詠?，為大學本科生主講過航空自動裝置、系統(tǒng)與控制、線性控制系統(tǒng)等課程；為研究生主講過線性控制理論、現(xiàn)代控制理論、最佳濾波與隨機控制等課程?！　〗刂沟?010年，出版編著和源于英、日、俄文的譯著共計38部。其中編著有《系統(tǒng)與控制》、《線性估計與隨機控制》和《線性控制系統(tǒng)》（該書1996年榮獲航空部高等學校優(yōu)秀教材二等獎）等；譯著有《現(xiàn)代控制工程》（第一版至第五版，其中第二版在臺灣地區(qū)以繁體字出版）、《最佳濾波》、《機器人控制》、《人工智能》、《信號、系統(tǒng)與控制》和《實時信號處理》等。1993年受聘參加了《電機工程手冊》的編寫并擔任該書第四篇的副主編，該書曾榮獲全國優(yōu)秀科技圖書一等獎，全國科學大會獎和國家圖書獎?！　?982年以來，在國內外學術會議和期刊上發(fā)表論文140余篇。1997年受聘為美國紐約科學院（New York Academy of Sciences）院士（Active Member）。

書籍目錄

第1章控制系統(tǒng)簡介
1.1引言
1.1.1控制理論和實踐發(fā)展史的簡單回顧
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)
1.2.4魯棒控制系統(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控制系統(tǒng)的設計和校正
1.4.1性能指標
1.4.2系統(tǒng)的校正
1.4.3設計步驟
1.5本書概況第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1引言
2.1.1數(shù)學模型
2.1.2簡化性和精確性
2.1.3線性系統(tǒng)
2.1.4線性定常系統(tǒng)和線性時變系統(tǒng)
2.2傳遞函數(shù)和脈沖響應函數(shù)
2.2.1傳遞函數(shù)
2.2.2傳遞函數(shù)的說明
2.2.3卷積積分
2.2.4脈沖響應函數(shù)
2.3自動控制系統(tǒng)
2.3.1方框圖
2.3.2閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖
2.3.3開環(huán)傳遞函數(shù)和前向傳遞函數(shù)
2.3.4閉環(huán)傳遞函數(shù)
2.3.5用MATLAB求串聯(lián)、并聯(lián)和反饋（閉環(huán)）傳遞函數(shù)
2.3.6自動控制器
2.3.7工業(yè)控制器分類
2.3.8雙位或開-關控制作用
2.3.9比例控制作用
2.3.10積分控制作用
2.3.11比例-加-積分控制作用
2.3.12比例-加-微分控制作用
2.3.13比例-加-積分-加-微分控制作用
2.3.14擾動作用下的閉環(huán)系統(tǒng)
2.3.15畫方框圖的步驟
2.3.16方框圖的簡化
2.4狀態(tài)空間模型
2.4.1現(xiàn)代控制理論
2.4.2現(xiàn)代控制理論與傳統(tǒng)控制理論的比較
2.4.3狀態(tài)
2.4.4狀態(tài)變量
2.4.5狀態(tài)向量
2.4.6狀態(tài)空間
2.4.7狀態(tài)空間方程
2.4.8傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間方程之間的關系
2.4.9傳遞矩陣
2.5純量微分方程系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式
2.5.1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
2.5.2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
2.6用MATLAB進行數(shù)學模型變換
2.6.1由傳遞函數(shù)變換為狀態(tài)空間表達式
2.6.2由狀態(tài)空間表達式變換為傳遞函數(shù)
2.7非線性數(shù)學模型的線性化
2.7.1非線性系統(tǒng)
2.7.2非線性系統(tǒng)的線性化
2.7.3非線性數(shù)學模型的線性近似
例題和解答
習題第3章機械系統(tǒng)和電系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.1引言
3.2機械系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.3電系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.3.1LRC電路
3.3.2串聯(lián)元件的傳遞函數(shù)
3.3.3復阻抗
3.3.4無負載效應串聯(lián)元件的傳遞函數(shù)
3.3.5電子控制器
3.3.6運算放大器
3.3.7反相放大器
3.3.8非反相放大器
3.3.9求傳遞函數(shù)的阻抗法
3.3.10利用運算放大器構成的超前或滯后網(wǎng)絡
3.3.11利用運算放大器構成的PID控制器
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
5.2一階系統(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)的重要特性
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繪制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對初始條件的響應
5.5.14對初始條件的響應（狀態(tài)空間法， 情況1）
5.5.15對初始條件的響應（狀態(tài)空間法， 情況2）
5.5.16利用命令Initial求對初始條件的響應
5.6勞斯穩(wěn)定判據(jù)
5.6.1勞斯穩(wěn)定判據(jù)簡介
5.6.2特殊情況
5.6.3相對穩(wěn)定性分析
5.6.4勞斯穩(wěn)定判據(jù)在控制系統(tǒng)分析中的應用
5.7積分和微分控制作用對系統(tǒng)性能的影響
5.7.1積分控制作用
5.7.2系統(tǒng)的比例控制
5.7.3系統(tǒng)的積分控制
5.7.4對轉矩擾動的響應（比例控制）
5.7.5對轉矩擾動的響應（比例-加-積分控制）
5.7.6微分控制作用
5.7.7帶慣性負載系統(tǒng)的比例控制
5.7.8帶慣性負載系統(tǒng)的比例-加-微分控制
5.7.9二階系統(tǒng)的比例-加-微分控制
5.8單位反饋控制系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)誤差
5.8.1控制系統(tǒng)的分類
5.8.2穩(wěn)態(tài)誤差
5.8.3靜態(tài)位置誤差常數(shù)Kp
5.8.4靜態(tài)速度誤差常數(shù)Kv
5.8.5靜態(tài)加速度誤差常數(shù)Ka
5.8.6小結
例題和解答
習題第6章利用根軌跡法進行控制系統(tǒng)的分析和設計
6.1引言
6.2根軌跡圖
6.2.1輻角和幅值條件
6.2.2示例
6.2.3根軌跡繪圖的一般規(guī)則
6.2.4關于根軌跡圖的說明
6.2.5G（s）的極點與H（s）的零點的抵消
6.2.6典型的零-極點分布及其相應的根軌跡
6.2.7小結
6.3用MATLAB繪制根軌跡圖
6.3.1用MATLAB繪制根軌跡圖
6.3.2定常ζ軌跡和定常ωn軌跡
6.3.3在根軌跡圖上繪制極網(wǎng)格
6.3.4條件穩(wěn)定系統(tǒng)
6.3.5非最小相位系統(tǒng)
6.3.6根軌跡與定常增益軌跡的正交性
6.3.7求根軌跡上任意點的增益K值
6.4正反饋系統(tǒng)的根軌跡圖
6.5控制系統(tǒng)設計的根軌跡法
6.5.1初步設計考慮
6.5.2用根軌跡法進行設計
6.5.3串聯(lián)校正和并聯(lián)（或反饋）校正
6.5.4常用校正裝置
6.5.5增加極點的影響
6.5.6增加零點的影響
6.6超前校正
6.6.1超前校正裝置和滯后校正裝置
6.6.2基于根軌跡法的超前校正方法
6.6.3已校正與未校正系統(tǒng)階躍響應和斜坡響應的比較
6.7滯后校正
6.7.1采用運算放大器的電子滯后校正裝置
6.7.2基于根軌跡法的滯后校正方法
6.7.3用根軌跡法進行滯后校正設計的步驟
6.8滯后-超前校正
6.8.1利用運算放大器構成的電子滯后-超前校正裝置
6.8.2基于根軌跡法的滯后-超前校正方法
6.9并聯(lián)校正
6.9.1并聯(lián)校正系統(tǒng)設計的基本原理
6.9.2速度反饋系統(tǒng)
例題和解答
習題第7章用頻率響應法分析和設計控制系統(tǒng)
7.1引言
7.1.1求系統(tǒng)對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)輸出
7.1.2用圖形表示頻率響應特性
7.2伯德圖
7.2.1伯德圖或對數(shù)坐標圖
7.2.2G（jω）H（jω）的基本因子
7.2.3增益K
7.2.4積分和微分因子（jω）?1
7.2.5一階因子（1+jωT）?1
7.2.6二階因子［1+2 ζ（jω/ωn）+（jω/ωn）2］?1
7.2.7諧振頻率ωr和諧振峰值Mr
7.2.8繪制伯德圖的一般步驟
7.2.9最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)
7.2.10傳遞延遲
7.2.11系統(tǒng)類型與對數(shù)幅值曲線之間的關系
7.2.12靜態(tài)位置誤差常數(shù)的確定
7.2.13靜態(tài)速度誤差常數(shù)的確定
7.2.14靜態(tài)加速度誤差常數(shù)的確定
7.2.15用MATLAB繪制伯德圖
7.2.16繪制定義在狀態(tài)空間中的系統(tǒng)的伯德圖
7.3極坐標圖
7.3.1積分和微分因子（jω）?1
7.3.2一階因子（1+jωT）?1
7.3.3二階因子［1+2ζ（jω/ωn）+（jω/ωn）2］?1
7.3.4極坐標圖的一般形狀
7.3.5用MATLAB繪制奈奎斯特圖
7.3.6注意事項
7.3.7繪制定義在狀態(tài)空間中的系統(tǒng)的奈奎斯特圖
7.4對數(shù)幅-相圖
7.5奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
7.5.1預備知識
7.5.2映射定理
7.5.3映射定理在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應用

編輯推薦

Katsuhiko Ogata所著的《現(xiàn)代控制工程(第5版)》介紹了控制系統(tǒng)分析和設計中的一些重要概念。讀者將會發(fā)現(xiàn)，這是一本清晰易懂，適用于高等院?？刂葡到y(tǒng)課程的教科書。它是為學習電氣、機械、航空航天或化學工程的大學高年級學生編寫的。讀者在學習本書之前，應具備下列預備知識：微分方程方面的基礎課程，拉普拉斯變換，向量矩陣分析，電路分析，力學和熱力學基礎。

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