線性系統(tǒng)理論及電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

內(nèi)容概要

董達(dá)生等編著的《線性系統(tǒng)理論及電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用》為普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材。
《線性系統(tǒng)理論及電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用》主要從電網(wǎng)絡(luò)與電力拖動系統(tǒng)的示例出發(fā)，以線性系統(tǒng)理論為主線，主要闡述狀態(tài)空間分析法和綜合法的基本原理與應(yīng)用，包括動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、定量分析(狀態(tài)方程的解)和定性分析(能控性、能觀性及李雅普諾夫穩(wěn)定性)。本書著重動態(tài)系統(tǒng)的綜合，其中包括線性反饋控制系統(tǒng)的極點配置與狀態(tài)觀測器的設(shè)計，純增益調(diào)節(jié)器與魯棒(Robust)調(diào)節(jié)器的設(shè)計等。最后以“雙機(jī)拖動系統(tǒng)魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計”作為示例，貫穿了全書的內(nèi)容，相當(dāng)于一個全書小結(jié)。為了便于自學(xué)，大多數(shù)難題都給予了提示。
本書可作為自動化、電氣工程及其自動化、應(yīng)用數(shù)學(xué)等專業(yè)的高年級本科生和研究生教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的科技人員學(xué)習(xí)參考，還可作為現(xiàn)代控制理論課程教材。

書籍目錄

序
前言
第1章  線性系統(tǒng)理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
  1.1  矩陣
    1.1.1  特征陣與特征多項式
    1.1.2  最小多項式
    問題討論1：最小多項式fm(s)與特征多項式fc(s)的關(guān)系
    1.1.3  約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)形
    1.1.4  循環(huán)陣
    1.1.5  指數(shù)函數(shù)矩陣ek
  1.2  線性空間與線性變換
    1.2.1  線性空間
    1.2.2  線性相關(guān)性
    1.2.3  坐標(biāo)與坐標(biāo)變換
    1.2.4  子空間
    1.2.5  線性映射
  小結(jié)與評注
  習(xí)題
第2章  系統(tǒng)狀態(tài)方程及其描述
  2.1  線性系統(tǒng)的微分方程描述
  2.2  系統(tǒng)的輸入—輸出描述
    2.2.1  單輸入—單輸出系統(tǒng)的描述
    2.2.2  多輸入—多輸出系統(tǒng)的描述
  2.3  系統(tǒng)的狀態(tài)方程描述
    問題討論2：電力拖動系統(tǒng)的動態(tài)方程及其框圖
  2.4  狀態(tài)方程的求解
    2.4.1  矩陣指數(shù)函數(shù)eAt
    2.4.2  輸入u(t)≡0時，狀態(tài)方程的求解
    2.4.3  狀態(tài)方程的求解
  2.5  由狀態(tài)方程求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣
    2.5.1  單輸入—單輸出的系統(tǒng)
    2.5.2  多輸入—多輸出系統(tǒng)
  2.6  由傳遞函數(shù)陣求系統(tǒng)狀態(tài)方程
    2.6.1  單輸入—單輸出系統(tǒng)的實現(xiàn)
    2.6.2  多輸入—多輸出系統(tǒng)的實現(xiàn)
  小結(jié)與評注
  習(xí)題
第3章  線性系統(tǒng)的能控性和能觀性
  3.1  線性系統(tǒng)的能控性及其判別準(zhǔn)則
  3.2  線性系統(tǒng)的能觀性及其判別準(zhǔn)則
    問題討論3：分析有源濾波電路的能控性與能觀性
    問題討論4：流體力學(xué)系統(tǒng)模擬
  3.3  線性非時變系統(tǒng)的能控性和能觀性的幾何判據(jù)
    3.3.1  線性非時變系統(tǒng)的能控性幾何判據(jù)
    3.3.2  線性非時變系統(tǒng)的能觀性幾何判據(jù)
  3.4  線性系統(tǒng)的坐標(biāo)變換及其結(jié)構(gòu)形式
    3.4.1  坐標(biāo)變換的意義、特點及方法
    問題討論5：電力拖動系統(tǒng)通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形
    問題討論6：坐標(biāo)變換在電路中的物理意義
    問題討論7：坐標(biāo)變換對電網(wǎng)絡(luò)特性的影響
    3.4.2  系統(tǒng)能控的結(jié)構(gòu)形式
    3.4.3  系統(tǒng)能觀的結(jié)構(gòu)形式
  3.5  系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式一
    3.5.1  狀態(tài)空間的標(biāo)準(zhǔn)分解
    3.5.2  系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式
  3.6  能控性與能觀性的對偶
  3.7  傳遞函數(shù)陣及其零極點對消
    3.7.1  狀態(tài)方程與傳遞函數(shù)陣
    問題討論8：有源濾波電路的傳遞函數(shù)
    3.7.2  傳遞函數(shù)的零極點相消
    問題討論9：電網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)(陣)的零極點相消與網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)能
    控能觀性的關(guān)系
    問題討論10：傳遞函數(shù)出現(xiàn)零極點相消時的狀態(tài)空間分解
  3.8  系統(tǒng)的輸出能控性
    問題討論11：礦井提升機(jī)雙機(jī)拖動的調(diào)速系統(tǒng)
    小結(jié)與評注
    習(xí)題
第4章  線性非時變系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)形及其最小實現(xiàn)
  4.1  龍伯格(Luenberger)標(biāo)準(zhǔn)形
  4.2  約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)形
  4.3  最小實現(xiàn)
    問題討論12：極點互異的真有理傳遞函數(shù)陣的最小實現(xiàn)
    問題討論13：用有源R—C網(wǎng)絡(luò)綜合“最小實現(xiàn)”的動態(tài)方程
  小結(jié)與評注
  習(xí)題
第5章  李雅普諾夫穩(wěn)定性理論及其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
  5.1  李雅普諾夫穩(wěn)定性的基本概念
    5.1.1  平衡狀態(tài)
    5.1.2  穩(wěn)定性的有關(guān)定義
  5.2  李雅普諾夫第一法
    問題討論14：用求解“特征根”方法分析文氏電橋的穩(wěn)定性
  5.3  李雅普諾夫第二法
    5.3.1  大范圍漸近穩(wěn)定的判別定理’
    5.3.2  李雅普諾夫意義下穩(wěn)定的判別定理
    5.3.3  系統(tǒng)不穩(wěn)定的判別定理
  5.4  線性系統(tǒng)的李雅普諾夫判據(jù)
    問題討論15：用李雅普諾夫判據(jù)分析選頻網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性條件
  5.5  李雅普諾夫理論在參數(shù)優(yōu)化問題中的應(yīng)用
  小結(jié)與評注
  習(xí)題
第6章  狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測器的設(shè)計
  6.1  狀態(tài)反饋與輸出反饋
    6.1.1  狀態(tài)反饋
    6.1.2  輸出反饋
    6.1.3  閉環(huán)系統(tǒng)的能控性與能觀性
    問題討論16：線性閉環(huán)系統(tǒng)的零點問題
    問題討論17：多變量閉環(huán)系統(tǒng)零極點對消問題
  6.2  狀態(tài)反饋極點配置：單輸入系統(tǒng)
    6.2.1  系統(tǒng)為能控標(biāo)準(zhǔn)形
    6.2.2  系統(tǒng)為能控的極點配置
    6.2.3  系統(tǒng)能控的第二種求解方法
    6.2.4  系統(tǒng)能控的第三種求解方法
    6.2.5  系統(tǒng)能控的直接求解法
  6.3  狀態(tài)反饋極點配置：多輸入系統(tǒng)
    6.3.1  多輸入系統(tǒng)的狀態(tài)反饋極點配置的思路與算法
    6.3.2  極點配置的簡化算法
    6.3.3  不完全能控系統(tǒng)的極點配置
    6.3.4  龍伯格(Luenberger)標(biāo)準(zhǔn)形與極點配置
  6.4  狀態(tài)重構(gòu)與觀測器的設(shè)計
  6.5  全維狀態(tài)觀測器：單輸出能觀系統(tǒng)
    6.5.1  系統(tǒng)為能觀標(biāo)準(zhǔn)形
    6.5.2  系統(tǒng)能觀而非能觀標(biāo)準(zhǔn)形
    6.5.3  系統(tǒng)能觀的簡化算法
    6.5.4  構(gòu)造觀測器的直接算法
  6.6  全維狀態(tài)觀測器：多輸出能觀系統(tǒng)
    6.6.1  觀測器設(shè)計的通用方法
    6.6.2  使用龍伯格標(biāo)準(zhǔn)形構(gòu)造觀測器
    6.6.3  不完全能觀系統(tǒng)的觀測器設(shè)計
  6.7  降維觀測器
    6.7.1  最低維觀測器的設(shè)計
    6.7.2  降維觀測器的設(shè)計
  6.8  帶有狀態(tài)觀測器的反饋控制系統(tǒng)
    6.8.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與狀態(tài)空間表達(dá)式(輸出動態(tài)反饋補償器)
    6.8.2  閉環(huán)系統(tǒng)的基本特征
    問題討論18：在卡爾曼結(jié)構(gòu)形式下的輸出動態(tài)補償器普遍形式的“固定模問題”
    問題討論19：在外部干擾作用下可控硅——電機(jī)系統(tǒng)的最低維觀測器的設(shè)計問題
  小結(jié)與評注
  習(xí)題
第7章  調(diào)節(jié)器與魯棒(Robust)調(diào)節(jié)器的設(shè)計
  7.1  調(diào)節(jié)器問題的狀態(tài)方程描述
  7.2  基本原理與閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)靜態(tài)無差的判據(jù)
  7.3  調(diào)節(jié)器設(shè)計
    7.3.1  純增益調(diào)節(jié)器
    7.3.2  調(diào)節(jié)器的設(shè)計問題
    7.3.3  內(nèi)模原理
  7.4  魯棒(Robust)調(diào)節(jié)器
    7.4.1  魯棒調(diào)節(jié)器的基本概念
    7.4.2  魯棒調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式
    7.4.3  魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計
    問題討論20：用下例證明伺服補償器的作用在于：當(dāng)外部輸人到輸出的
    傳遞函數(shù)中，產(chǎn)生剛好與“外部輸入極點”相同的零點時，
    會產(chǎn)生零極點相消達(dá)到輸出調(diào)節(jié)
  7.5  調(diào)節(jié)器問題的一般形式
    7.5.1  問題的提出
    7.5.2  調(diào)節(jié)器的設(shè)計
    問題討論21：SCR—D電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計
    7.5.3  魯棒調(diào)節(jié)器的一般形式設(shè)計
    問題討論22：當(dāng)外部干擾f=Asin(t+θ)作用于線性系統(tǒng)2/s+1時，魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計
    問題討論23：當(dāng)線性系統(tǒng)存在外部干擾f與給定值同時作用時，魯棒調(diào)節(jié)器的設(shè)計
  小結(jié)與評注
  習(xí)題
第8章  離散系統(tǒng)導(dǎo)論
  8.1  離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程描述
    8.1.1  狀態(tài)方程
    8.1.2  狀態(tài)方程的求解——系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)
    8.1.3  由系統(tǒng)狀態(tài)方程求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣
    8.1.4  由傳遞函數(shù)陣求系統(tǒng)的狀態(tài)方程表示
  8.2  系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其判別準(zhǔn)則
    8.2.1  系統(tǒng)的穩(wěn)定性
    8.2.2  勞斯-霍爾維茨判別準(zhǔn)則
    8.2.3  李雅普諾夫判別準(zhǔn)則
    問題討論24：用兩種方法求線性非時變離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性
  8.3  離散線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式
    8.3.1  能達(dá)性
    8.3.2  能觀性
    8.3.3  系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式
    8.3.4  最小實現(xiàn)問題
  8.4  極點配置與觀測器的設(shè)計
    8.4.1  極點配置
    8.4.2  觀測器的設(shè)計
    8.4.3  帶觀測器的輸出動態(tài)反饋補償器設(shè)計
    問題討論25：離散系統(tǒng)的動態(tài)反饋補償器的設(shè)計
  8.5  調(diào)節(jié)器設(shè)計
  8.6  采樣系統(tǒng)
    8.6.1  輸入為常值(在一個采樣周期內(nèi))時的連續(xù)系統(tǒng)的離散化
    問題討論26：線性非時變連續(xù)系統(tǒng)離散化的狀態(tài)空間表達(dá)式及其能控性、能觀性的討論
    8.6.2  輸入為脈沖函數(shù)時連續(xù)系統(tǒng)的離散化
    問題討論27：生產(chǎn)庫存系統(tǒng)的控制
    小結(jié)與評注
    習(xí)題
附錄
    問題討論28：雙機(jī)拖動系統(tǒng)魯棒(Robust)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(全書小結(jié))
習(xí)題參考答案
參考文獻(xiàn)

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