控制工程基礎(chǔ)

前言

2007年，電子科技大學(xué)“工程控制基礎(chǔ)”課被評為四川省精品課程，為配合該課程進一步建設(shè)，貫徹“夯實基礎(chǔ)”的原則，在注重基礎(chǔ)理論與基本概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合機械類專業(yè)及其他相近專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)和教學(xué)特點，組織編寫了本教材。在編寫本教材的過程中，作者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，參考了國內(nèi)外有關(guān)書籍和文獻，從教學(xué)、考研以及工程性需求的角度，比較全面地闡述了經(jīng)典控制理論的基本內(nèi)容，并結(jié)合工程實際介紹了設(shè)計實例和運用MATLAB軟件研究控制系統(tǒng)的方法。同時，為適應(yīng)學(xué)科發(fā)展，對現(xiàn)代控制理論進行了概要介紹。本書在內(nèi)容編排上力求概念表達(dá)準(zhǔn)確，知識結(jié)構(gòu)合理，循序漸進；在敘述方法上，力求深入淺出，突出重點，便于讀者自學(xué)以更好多掌握本課程的基本理論和學(xué)習(xí)方法。本書由沈艷編寫第1、4～9章以及全書各章MATLAB方法及設(shè)計實例，孫銳編寫第2、3章及附錄。本書由沈艷統(tǒng)稿，楊平教授主審。本書在編寫過程中，楊平教授、姚伯威教授、古天祥教授、呂強、徐俊、武好明、李學(xué)生等人給予了指導(dǎo)和幫助，提出了很多建設(shè)性意見和寶貴的建議，在此表示衷心的感謝。同時，本書吸取了許多兄弟院校同行作者編寫教材的優(yōu)點，得到了許多老師的幫助，在此一并表示感謝。限于編者水平，書中難免存在錯誤與不妥之處，殷切希望同行及廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書主要介紹經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論中控制系統(tǒng)分析和綜合的基本方法。全書共分9章，前6章屬于經(jīng)典控制理論中的線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)問題，主要包括：緒論、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)的時域分析、控制系統(tǒng)的根軌跡分析、控制系統(tǒng)的頻域分析、控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正；第7章為線性離散系統(tǒng)的分析與校正；第8章為非線性控制系統(tǒng)分析；第9章為現(xiàn)代控制理論概述。書末附錄可供閱讀時查詢之用。    本書總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗，參考國內(nèi)外教材，貫徹“夯實基礎(chǔ)”、“理論與實踐緊密結(jié)合”的原則，強調(diào)基本概念和工程應(yīng)用，收錄了一定數(shù)量的結(jié)合工程實際的設(shè)計實例。同時本書還介紹了運用MATLAB軟件研究控制系統(tǒng)的方法，內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)精煉、敘述生動透徹，便于自學(xué)。    本書可以作為機械、電子、計算機應(yīng)用技術(shù)、電子信息工程、工業(yè)工程、測控技術(shù)及儀器等非自動控制的相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教材，亦可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　概述　1.2　控制系統(tǒng)工作原理和組成　1.3  自動控制系統(tǒng)的分類　1.4  自動控制系統(tǒng)的基本要求　1.5　控制工程基礎(chǔ)的研究內(nèi)容　小結(jié)　習(xí)題第2章　控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型  2.1　數(shù)學(xué)模型概述　  2.2　傳遞函數(shù)  2.3　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及其簡化  2.4　信號流圖  2.5　控制系統(tǒng)建模的MATLAB方法  2.6　設(shè)計實例：磁盤驅(qū)動讀取系統(tǒng)  小結(jié)  習(xí)題第3章　控制系統(tǒng)的時域分析　3.1　典型輸入信號及性能指標(biāo)　3.2　一階系統(tǒng)的時域分析　3.3　二階系統(tǒng)的時域分析　3.4　高階系統(tǒng)的時域分析　3.5　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性　3.6　控制系統(tǒng)的誤差分析　3.7　控制系統(tǒng)時域分析的MATLAB方法　3.8　設(shè)計實例：漫游車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)　小結(jié)　習(xí)題第4章　控制系統(tǒng)的根軌跡分析　4.1　根軌跡的基本概念　4.2　常規(guī)根軌跡　4.3　廣義根軌跡　4.4　控制系統(tǒng)根軌跡分析　4.5　控制系統(tǒng)根軌跡分析的MATLAB方法　4.6　設(shè)計實例：激光操縱控制系統(tǒng)　小結(jié)　習(xí)題第5章　控制系統(tǒng)的頻域分析　5.1　頻率特性的基本概念　5.2　頻率特性的圖形表示法　5.3　開環(huán)幅相頻率特性的繪制　5.4　開環(huán)對數(shù)頻率特性的繪制　5.5　頻域穩(wěn)定性分析　5.6　相對穩(wěn)定性　5.7　閉環(huán)頻域特性　5.8　控制系統(tǒng)頻域分析的MATLAB方法　5.9　設(shè)計實例：雕刻機位置控制系統(tǒng)　小結(jié)　習(xí)題第6章　控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正　6.1　概述　6.2　串聯(lián)校正裝置　6.3　頻率法串聯(lián)校正　6.4　根軌跡法串聯(lián)校正　6.5　PID控制器與串聯(lián)校正　6.6　反饋校正　6.7　復(fù)合校正　6.8　線性系統(tǒng)校正的MATLAB方法　小結(jié)　習(xí)題第7章　線性離散系統(tǒng)的分析與校正　7.1　概述　7.2　信號的采樣與保持　7.3　離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　7.4　離散系統(tǒng)的性能分析　7.5　離散系統(tǒng)的綜合　7.6　MATLAB方法在離散系統(tǒng)中的應(yīng)用　7.7　設(shè)計實例：工作臺控制系統(tǒng)　小結(jié)　習(xí)題第8章　非線性控制系統(tǒng)分析第9章　現(xiàn)代控制理論概述　附錄A　拉普拉斯（Laplace）變換和Z變換附錄B　常見的無源及有源校正網(wǎng)絡(luò)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論1．1 概述 在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，自動控制技術(shù)不僅在機械、電子、電力、化工、航空航天等各個學(xué)科領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，而且，還擴展到了交通管理、生物醫(yī)學(xué)、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟管理、社會科學(xué)和其他許多社會生活領(lǐng)域，促進了各學(xué)科之間的相互滲透。自動控制技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代化社會的不可缺少的組成部分。所謂自動控制，是指在沒有人直接參加的情況下，利用控制裝置使被控制的對象（如機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程等）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動按照預(yù)定的規(guī)律運行。例如，化工生產(chǎn)中反應(yīng)塔的溫度和壓力能夠自動維持恒定不變；數(shù)控機床能夠按預(yù)先排定的工藝程序自動進行切削，加工出預(yù)期的幾何形狀；跟蹤雷達(dá)和指揮儀所組成的防空系統(tǒng)能使火炮自動瞄準(zhǔn)目標(biāo)；無人駕駛飛機能按預(yù)定航行線自動飛行；人造地球衛(wèi)星能夠發(fā)射到預(yù)定軌道并能準(zhǔn)確回收等，這些都是自動控制技術(shù)的應(yīng)用。自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。20世紀(jì)50年代形成的經(jīng)典控制理論以線性定常系統(tǒng)為主的單輸入單輸出系統(tǒng)為研究對象，以傳遞函數(shù)作為描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以時域分析法、根軌跡法和頻域分析法為主要分析設(shè)計工具。該理論為指導(dǎo)當(dāng)時的控制工程實踐發(fā)揮了極大的作用。但是，經(jīng)典控制理論不能解決如時變參數(shù)、多變量、強耦合等復(fù)雜的控制問題。20世紀(jì)60年代初，現(xiàn)代控制理論應(yīng)運而生，一套以狀態(tài)方程作為描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以最優(yōu)控制和卡爾曼濾波為核心的控制系統(tǒng)分析、設(shè)計的新原理和方法基本確定?，F(xiàn)代控制理論主要研究多變量、變參數(shù)、非線性、時變系統(tǒng)的分析和綜合問題。

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