控制工程基礎(chǔ)

前言

“控制工程基礎(chǔ)”主要介紹以工程為主要應(yīng)用對(duì)象的經(jīng)典（自動(dòng)）控制理論的基礎(chǔ)問題。經(jīng)典控制理論主要研究單變量的反饋控制問題，所謂反饋控制指的是用檢測(cè)誤差來“自動(dòng)”消除誤差的閉環(huán)控制原理或裝置。反饋（即閉環(huán)）控制原理在工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在自然界和人類社會(huì)也有普遍意義。反饋控制原理似可追溯到動(dòng)物和原始人類捕獵時(shí)的本能，眼睛檢測(cè)獵物一反饋到大腦一控制追捕的方向和速度。反饋控制原理的早期實(shí)踐應(yīng)用已很久遠(yuǎn)，在荷蘭物理學(xué)家惠更斯1673年發(fā)明的風(fēng)車離心調(diào)速器的基礎(chǔ)上，英國(guó)發(fā)明家瓦特1788年發(fā)明的控制蒸汽機(jī)速度的飛球調(diào)節(jié)器是最著名的早期應(yīng)用于工業(yè)過程的反饋控制裝置。研究解決蒸汽機(jī)速度飛球調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性問題，促使經(jīng)典控制理論的誕生。1868年英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋發(fā)表“論調(diào)速器”的論文。文中應(yīng)用數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)工具進(jìn)行飛球調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性問題的探索，這可標(biāo)志為自動(dòng)控制理論的誕生。無意識(shí)的反饋控制原理實(shí)際應(yīng)用可追溯到公元前。1927年美國(guó)電氣工程師布萊克在改進(jìn)長(zhǎng)途通訊用信號(hào)放大器時(shí)發(fā)明負(fù)反饋放大器，這是反饋控制從無意識(shí)應(yīng)用到自覺應(yīng)用的轉(zhuǎn)折。負(fù)反饋放大器穩(wěn)定性問題的研究促進(jìn)了控制理論的進(jìn)一步發(fā)展。在研究解決負(fù)反饋放大器穩(wěn)定性問題時(shí)，瑞典裔美國(guó)電氣工程師奈奎斯特提出根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)頻率特性來確定閉環(huán)穩(wěn)定性的簡(jiǎn)便分析方法，后人稱之為奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)；頻率特性的伯德圖法也是伯德在研究解決負(fù)反饋放大器穩(wěn)定性問題時(shí)產(chǎn)生的。19世紀(jì)20年代初～40年代末，經(jīng)典控制理論得到迅速發(fā)展。三十年間美國(guó)、蘇聯(lián)、德國(guó)等發(fā)表了一系列相關(guān)論文，產(chǎn)生了經(jīng)典控制理論兩大支柱的頻率法和根軌跡法。在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)的空中優(yōu)勢(shì)和英國(guó)的防御地位，迫使美國(guó)、英國(guó)和西歐各國(guó)科學(xué)家集中精力解決防空火控系統(tǒng)（高射炮等）和飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等軍事技術(shù)問題，設(shè)計(jì)出各種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，解決這些問題的需求刺激了經(jīng)典控制理論的發(fā)展。20世紀(jì)40年代末，經(jīng)典控制理論基本形成。美國(guó)麻省理工學(xué)院出版社1943年出版了A.C.霍爾的著作《線性伺服機(jī)構(gòu)的分析和綜合》；同年，德國(guó)R.奧爾登堡和H.賽多利斯的著作《動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)》出版，馬上就有了英俄譯本。“二戰(zhàn)”后由于戰(zhàn)時(shí)出版禁令的解除，出現(xiàn)了系統(tǒng)闡述經(jīng)典控制理論的著作，如1945年美國(guó)電信工程師L.A.麥科爾發(fā)表第一本關(guān)于經(jīng)典控制理論的專著《伺服機(jī)構(gòu)的基本理論》，1947年美國(guó)麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家H.M.詹姆斯、電信工程師N.B.尼柯爾斯和數(shù)學(xué)家R.S.菲利普斯合著的《伺服機(jī)構(gòu)理論》正式出版。

內(nèi)容概要

　　本書介紹以工程為主要應(yīng)用對(duì)象的經(jīng)典（自動(dòng)）控制理論的基礎(chǔ)問題。全書共12章，內(nèi)容包括：概論；系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)工具（拉普拉斯變換）；時(shí)域響應(yīng)法；反饋控制系統(tǒng)的特性和性能；穩(wěn)態(tài)誤差和誤差積分；穩(wěn)定性概念及代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)；根軌跡法；頻率響應(yīng)法；反饋控制系統(tǒng)的校正；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；非線性控制系統(tǒng)；MATLAB軟件及其在控制工程中的應(yīng)用等。　　本書力求做到：內(nèi)容敘述、公式推導(dǎo)詳盡，以便于自學(xué)；著重基本概念和方法；公式推導(dǎo)既做到嚴(yán)謹(jǐn)，又略去某些不必要的、繁雜的純數(shù)學(xué)過程；選用控制系統(tǒng)在現(xiàn)代高科技中應(yīng)用的實(shí)例。書中不僅介紹了經(jīng)典控制理論的發(fā)展簡(jiǎn)史，而且介紹了經(jīng)典控制理論的著作、教材和課程的發(fā)展簡(jiǎn)史，并對(duì)為自動(dòng)控制理論做出重要貢獻(xiàn)的歷史人物作適當(dāng)簡(jiǎn)介?！　”緯晒C(jī)械工程類專業(yè)、儀器儀表、能源動(dòng)力、冶金、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)工程類等專業(yè)的本科、成教、函授學(xué)生作為教材，也可作為控制、電子、信息類有關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書，并可用作對(duì)控制工程、控制理論感興趣的工程技術(shù)人員或其他讀者的自學(xué)教材或參考書。

作者簡(jiǎn)介

郁凱元，1962年考入北京工業(yè)學(xué)院控制工程系；1981年獲浙江大學(xué)液壓與氣動(dòng)碩士學(xué)位，1988年在職獲博士學(xué)位；1991-1994年在美國(guó)艾奧瓦州立大學(xué)先后擔(dān)任高級(jí)訪問學(xué)者、客座教授、博士后；現(xiàn)為東南大學(xué)機(jī)械學(xué)院教授。參與開發(fā)的“新原理電液先導(dǎo)比例壓力閥”獲國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)，獲省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)5項(xiàng)；1991年被評(píng)為“做出突出貢獻(xiàn)的中國(guó)博士學(xué)位獲得者”。連續(xù)5年用原版教材為本科生雙語(yǔ)講授“控制工程基礎(chǔ)”課程。

書籍目錄

第1章 概論1.1 反饋控制的基本概念1.2 經(jīng)典控制理論發(fā)展簡(jiǎn)史1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用1.3.1 電爐的溫度控制1.3.2 液面的反饋閉環(huán)控制1.3.3 汽車駕駛的閉環(huán)控制原理1.3.4 自動(dòng)高射炮的隨動(dòng)系統(tǒng)1.3.5 數(shù)字控制機(jī)床1.3.6 計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器讀寫磁頭位置控制1.3.7 半導(dǎo)體晶圓檢查儀三軸位置反饋計(jì)算機(jī)控制1.3.8 汽輪發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制1.3.9 力反饋控制的靈巧機(jī)器手1.3.10 機(jī)器人1.3.11 糖尿病人血糖的胰島素注射控制1.3.12 國(guó)民收入的反饋控制1.4 控制系統(tǒng)的分類1.4.1 開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)1.4.2 伺服、過程、自動(dòng)調(diào)節(jié)、程序控制系統(tǒng)1.4.3 線性和非線性控制系統(tǒng)1.4.4 定常（時(shí)不變）和時(shí)變控制系統(tǒng)1.4.5 單變量和多變量控制系統(tǒng)1.4.6 連續(xù)和離散控制系統(tǒng)1.4.7 集中參數(shù)和分布參數(shù)控制系統(tǒng)1.4.8 確定性和隨機(jī)控制系統(tǒng)1.5 控制系統(tǒng)的兩種基本狀態(tài)和基本性能要求1.5.1 控制系統(tǒng)的兩種基本狀態(tài)1.5.2 控制系統(tǒng)的基本性能要求1.6 自動(dòng)控制理論的進(jìn)一步發(fā)展1.6.1 經(jīng)典控制理論的局限性 1.6.2 現(xiàn)代控制理論 1.6.3 大系統(tǒng)理論1.6.4 智能控制理論1.6.1 經(jīng)典控制理論的局限性1.6.2 現(xiàn)代控制理論1.6.3 大系統(tǒng)理論1.6.4 智能控制理論習(xí)題第2章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)工具2.1 引言2.2 物理系統(tǒng)的微分方程2.2.1 機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)理建模2.2.2 電氣系統(tǒng)的機(jī)理建模2.2.3 電子系統(tǒng)的機(jī)理建模2.2.4 流體系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(非線性)2.3 非線性系統(tǒng)模型的線性近似2.3.1 線性和非線性系統(tǒng)的基本概念2.3.2 非線性模型線性近似的原理2.3.3 非線性系統(tǒng)模型的線性近似實(shí)例2.3.4 分析非線性系統(tǒng)特性方法簡(jiǎn)介2.4 拉普拉斯變換2.4.1 拉普拉斯變換和反變換的定義2.4.2 簡(jiǎn)單函數(shù)的拉普拉斯變換公式2.4.3 拉普拉斯變換的性質(zhì)2.4.4 拉普拉斯反變換2.4.5 應(yīng)用拉普拉斯變換解常系數(shù)線性微分方程2.5 線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型2.5.1 傳遞函數(shù)的定義2.5.2 由微分方程建立傳遞函數(shù)2.5.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)2.6 框圖模型2.6.1 框圖建立2.6.2 框圖變換2.6.3 框圖簡(jiǎn)化實(shí)例2.6.4 單回路閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2.7 信號(hào)流圖模型及梅森增益公式2.7.1 信號(hào)流圖的術(shù)語(yǔ)2.7.2 梅森增益公式2.7.3 應(yīng)用梅森公式求系統(tǒng)傳遞函數(shù)的實(shí)例2.8 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真概述2.9 小結(jié)習(xí)題第3章 時(shí)域響應(yīng)法3.1 典型試驗(yàn)輸入信號(hào)3.1.1 階躍函數(shù)3.1.2 速度(斜坡)函數(shù)3.1.3 加速度(拋物線)函數(shù)3.1.4 脈沖函數(shù)3.1.5 正弦函數(shù)3.2 一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)及關(guān)于輸入信號(hào)微分或積分的輸出響應(yīng)的原理3.2.1 一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)3.2.2 線性定常系統(tǒng)輸入信號(hào)微分或積分的輸出響應(yīng)的原理3.2.3 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)3.2.4 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)3.3 二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)概述3.4 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)3.4.1 欠阻尼單位階躍響應(yīng)(0

章節(jié)摘錄

插圖：1.4.6連續(xù)和離散控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的信號(hào)不外乎連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散信號(hào)兩類。連續(xù)時(shí)間信號(hào)又稱模擬信號(hào)。離散信號(hào)是在時(shí)間的離散時(shí)刻上取值的變量，通常是時(shí)間間隔相等的脈沖序列或數(shù)字序列。離散信號(hào)可通過采樣器采樣獲得，采樣器通過等時(shí)間間隔（采樣周期）的采樣把連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成采樣脈沖序列或數(shù)字序列，數(shù)字序列即量化編碼后的采樣信號(hào)。除含有采樣數(shù)據(jù)信號(hào)的離散系統(tǒng)外，在現(xiàn)實(shí)世界中還有天然的離散系統(tǒng)，例如在人口系統(tǒng)中對(duì)人口的增長(zhǎng)和遷徙過程只能用離散數(shù)字加以描述。在社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生物系統(tǒng)中，信息的收集也往往是以離散方式進(jìn)行的。連續(xù)系統(tǒng)是時(shí)間和各個(gè)組成部分的變量都具有連續(xù)變化形式的系統(tǒng)。連續(xù)控制系統(tǒng)則是受控過程和控制方式同為連續(xù)的系統(tǒng)。連續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過程?？捎靡粋€(gè)或一組微分方程和代數(shù)方程來描述。離散控制系統(tǒng)通常又稱采樣控制系統(tǒng)或脈沖控制系統(tǒng)，是系統(tǒng)中一處或幾處的信號(hào)是等時(shí)間間隔的脈沖序列或數(shù)字序列的控制系統(tǒng)。離散控制系統(tǒng)視控制信號(hào)類型（采樣脈沖序列或數(shù)字序列）的不同可分為采樣控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過程需用差分方程描述?？刂葡到y(tǒng)中數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)已得到普遍應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入計(jì)算機(jī)的信號(hào)必須具有離散的形式，而且在計(jì)算機(jī)內(nèi)還需進(jìn)一步把離散信號(hào)進(jìn)行量化即將其轉(zhuǎn)換成數(shù)碼形式。此外，在對(duì)連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真（或稱模擬）時(shí)，連續(xù)系統(tǒng)也必須離散化。因此離散控制系統(tǒng)的應(yīng)用是十分廣泛的。1.4.7集中參數(shù)和分布參數(shù)控制系統(tǒng)如果連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型具有常微分方程的形式，則該控制系統(tǒng)屬于集中參數(shù)系統(tǒng)；而當(dāng)數(shù)學(xué)模型具有偏微分方程的形式時(shí)，相應(yīng)的連續(xù)控制系統(tǒng)屬于分布參數(shù)控制系統(tǒng)。經(jīng)典控制理論主要研究集中參數(shù)控制系統(tǒng)。1.4.8確定性和隨機(jī)控制系統(tǒng)確定性控制系統(tǒng)是輸入作用和外加擾動(dòng)均按確定的規(guī)律變化，且結(jié)構(gòu)不包含任何不確定因素的一類控制系統(tǒng)。在確定性控制系統(tǒng)中，所有變量都可用確切的函數(shù)關(guān)系來描述，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性可完全確定。隨機(jī)控制系統(tǒng)是以隨機(jī)系統(tǒng)為被控對(duì)象的一類控制系統(tǒng)。隨機(jī)系統(tǒng)指含有內(nèi)部隨機(jī)參數(shù)、外部隨機(jī)干擾和觀測(cè)噪聲等隨機(jī)變量的系統(tǒng)。隨機(jī)變量不能用已知的時(shí)間函數(shù)描述，而只能了解它的某些統(tǒng)計(jì)特性。

編輯推薦

《控制工程基礎(chǔ)》對(duì)經(jīng)典控制理論的敘述深入、透徹、詳盡，便于自學(xué)參考著名美國(guó)教材一一多爾夫和畢曉普的《現(xiàn)代控制系統(tǒng)》的內(nèi)容體系，選用其現(xiàn)代高科技應(yīng)用實(shí)例，力求與國(guó)內(nèi)高校的課程體系相適應(yīng)，同時(shí)博采國(guó)內(nèi)外控制理論教材之眾長(zhǎng)，將國(guó)外優(yōu)秀教材的先進(jìn)成果與我國(guó)實(shí)際相結(jié)合、控制理論與工程實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。介紹了經(jīng)典控制理論、相關(guān)著作、教材和課程的發(fā)展簡(jiǎn)史，并對(duì)為自動(dòng)控制理論做出重要貢獻(xiàn)的歷史人物作適當(dāng)簡(jiǎn)介。介紹了作者與他人合作，成功應(yīng)用閉環(huán)控制原理，開發(fā)新原理電液先導(dǎo)比例壓力閥的實(shí)例。

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    控制工程基礎(chǔ) PDF格式下載

---