| 词条 | 控制理论基础 |
| 释义 | 图书信息1作 者：张庆灵，张雪峰，翟丁 编 丛 书 名：出 版 社：高等教育出版社ISBN：9787040226669 出版时间：2008-01-01 版 次：1 页 数：413 装 帧：平装 开 本：16开 所属分类：图书 > 教材教辅 > 大学教材 内容简介《控制理论基础》介绍了古典控制以及现代控制方面的一些基本理论，对一些理论给出了详细的证明，并给出了适当的扩展。在保持理论的完整性和系统性的前提下，做到理论紧密联系实际，融合了MATLAB软件包，书中大量的计算题给出了MATLAB的求解方法。为使读者能够比较熟练地掌握这门课，《控制理论基础》除列举了丰富的例子之外，还在各章的后面配备了适当的习题。 《控制理论基础》可作为信息与计算科学专业、数学与应用数学专业教材，也可作为理工科其他相关专业控制理论教材，还可供科学工作者和工程技术人员学习参考。 目录第1章 控制理论基础概述 1.1 概述 1.2 控制理论的发展过程 1.3 控制系统的基本构成 1.4 控制系统的基本要求 1.5 线性系统理论的研究对象 1.6 线性系统理论的主要任务 1.7 本书的结构 1.8 习题 第2章 古典控制介绍 2.1 几种常见的传递函数 2.1.1 典型反馈系统的几种传递函数 2.1.2 几类典型环节的传递函数 2.2 系统方块图 2.2.1 方块图的概述及绘制 2.2.2 方块图的等效变换 2.3 系统的时域分析 2.3.1 阶跃响应性能指标 2.3.2 一阶系统瞬态性能指标 2.3.3 二阶系统瞬态性能分析 2.4 系统的频率分析 2.4.1 频率特性的基本概念 2.4.2 频率特性的表示法及基本环节的频率特性 2.5 习题 第3章 线性系统的数学描述 3.1 连续系统的输入-输出描述法 3.1.1 基本定义 3.1.2 状态空间表达式以及矩阵向量表示的一般形式 3.2 结构图 3.2.1 多输入-多输出系统的方块图 3.2.2 状态空间表达式的状态变量图 3.3 状态空间表达式的建立 3.3.1 由物理系统的机理直接建立状态空间表达式 3.3.2 由高阶微分方程化为状态方程 3.3.3 由传递函数建立状态空间表达式 3.4 传递函数矩阵 3.4.1 单输入-单输出系统 3.4.2 多输入-多输出系统 3.5 组合系统的状态空间表 3.5.1 并联联结 3.5.2 串联联结 3.5.3 反馈联结 3.6 线性变换 3.6.1 系统状态的线性变换 3.6.2 把状态方程变换为对角标准形 3.6.3 状态方程化为若尔当标准形 3.6.4 状态变换前后系统的不变性 3.7 习题 第4章 线性系统的运动分析 4.1 状态转移矩阵 4.1.1 状态转移矩阵的定义 4.1.2 状态转移矩阵的性质 4.2 线性定常系统的运动分析 4.2.1 矩阵指数函数 4.2.2 矩阵指数函数的计算 4.2.3 线性定常系统的整体响应 4.3 线性时变系统的运动分析 4.3.1 时变线性系统的整体响应 4.3.2 时变系统齐次状态方程的解 4.4 脉冲响应矩阵 4.4.1 单变量情形的简单回顾 4.4.2 脉冲响应矩阵的定义与系统的输出响应 4.4.3 状态空间模型的脉冲响应矩阵 4.4.4 脉冲响应矩阵与传递函数矩阵 4.5 线性系统的离散化 4.5.1 线性定常系统的离散化 4.5.2 线性时变系统的离散化 4.6 离散时间系统状态方程的解 4.6.1 递推法 4.6.2 z变换法 4.7 习题 第5章 线性系统的能控性和能观性 5.1 能控性和能观性的定义 5.1.1 问题的提出 5.1.2 能控性的定义 5.1.3 能观性的定义 5.2 线性时变系统的能控性判据 5.2.1 格拉姆矩阵判据 5.2.2 基于状态转移矩阵的判据 5.2.3 基于系统参数矩阵的判据 5.3 线性定常系统的能控性判据 5.3.1 定常系统能控性的特殊性 5.3.2 能控性矩阵判据 5.3.3 PBH判据 5.4 对偶原理与能观性判据 5.4.1 格拉姆矩阵判据 5.4.2 对偶原理 5.4.3 能观性判据 5.5 线性系统的能控、能观性指数 5.5.1 线性系统的能控性指数 5.5.2 线性系统的能观性指数 5.6 单输入-单输出线性系统的能控/能观规范型 5.6.1 单输入-单输出线性系统的能控规范型 5.6.2 单输入-单输出线性系统的能观规范型 5.7 多输入-多输出线性系统的能控/能观规范型 5.7.1 两种搜索方案 5.7.2 多输入-多输出系统的旺哈姆能控规范型 5.7.3 龙伯格能控规范型 5.7.4 线性系统的能观规范型 5.8 线性系统的结构分解 5.8.1 能控性和能观性在线性非奇异变换下的属性 5.8.2 线性定常系统按能控性的结构分解 5.8.3 线性定常系统按能观性的结构分解 5.8.4 线性定常系统结构的规范分解 5.9 习题 第6章 系统运动的稳定性 6.1 稳定性的基本概念 6.2 稳定性判据 6.2.1 劳斯稳定判据 6.2.2 根轨迹法 6.2.3 奈奎斯特稳定判据 6.3 李雅普诺夫稳定性理论 6.3.1 李雅普诺夫第一方法 6.3.2 李雅普诺夫第二方法 6.4 李雅普诺夫方法在线性系统中的应用 6.5 李雅普诺夫方法在非线性系统中的应用 6.5.1 克拉索夫斯基判别法 6.5.2 变量梯度法 6.6 外部稳定性和内部稳定性 6.6.1 外部稳定性 6.6.2 内部稳定性 6.6.3 内部稳定性与外部稳定性的关系 6.7 习题 第7章 状态反馈与极点配置 7.1 状态反馈的定义及其性质 7.2 极点配置 7.2.1 关于极点配置的定理 7.2.2 关于极点配置的方法 7.2.3 多输入系统的极点配置 7.2.4 根轨迹问题 7.3 状态反馈镇定 7.4 应用状态反馈实现解耦控制 7.4.1 问题的提出 7.4.2 实现解耦控制的条件和主要结论 7.4.3 算法和结论 7.5 夭于线性时变系统的状态反馈 7.6 输出反馈与极点配置 7.6.1 定常线性输出反馈控制律 7.6.2 线性定常输出动态补偿器 7.6.3 输出反馈的极点配置 7.6.4 状态反馈和输出反馈的比较 7.7 习题 第8章 状态观测器设计 8.1 状态观测器存在的条件 8.2 全维状态观测器 8.3 降维状态观测器 8.4 带状态观测器的反馈系统 8.5 用MATLAB设计状态观测器 8.6 习题 第9章 最优控制理论 9.1 求解最优控制的变分法 9.1.1 泛函与变分基础 9.1.2 欧拉方程 9.1.3 条件极值 9.1.4 最优控制问题的变分解法 9.2 线性二次型性能指标的最优控制 9.2.1 问题提法 9.2.2 状态调节器 9.2.3 定常系统 9.2.4 输出调节器 9.2.5 跟踪问题 9.2.6 二次型最优控制问题的MATLAB解法 9.3 习题 第10章 卡尔曼滤波 10.1 随机系统 10.1.1 随机过程 10.1.2 平稳随机过程 10.1.3 线性估计问题 10.1.4 最小二乘估计 10.1.5 线性最小方差估计 10.1.6 随机连续系统的状态空间描述 10.1.7 随机离散系统的状态空间描述 10.1.8 由离散系统的极限情况求连续系统的状态空间描述 10.2 卡尔曼滤波的基本思想 10.3 正交投影 10.4 离散系统的卡尔曼滤波 10.4.1 卡尔曼滤波原理--递推公式 10.4.2 卡尔曼滤波公式的证明 10.5 有色噪声情况下线性系统的滤波 10.6 连续时间系统的卡尔曼滤波 10.7 随机线性系统的最优控制 10.8 习题 附录 数学基础 A.1 集合和线性空间 A.1.1 集合的定义 A.1.2 线性空间的定义 A.2 向量范数 A.3 矩阵 A.3.1 矩阵中的基本概念 A.3.2 矩阵范数的概念 A.3.3 诱导范数 A.4 线性变换及其矩阵表达式和范数 A.5 矩阵微分法 A.5.1 相对于数量变量的微分法 A.5.2 相对于向量的微分法 A.5.3 复合函数微分法 A.5.4 矩阵与矩阵间的微分关系 A.5.5 最小二乘估计 A.6 拉普拉斯变换 A.6.1 常见函数的拉普拉斯变换 A.6.2 几个重要的定理 A.6.3 卷积积分 A.7 正定函数 A.8 多项式矩阵 A.8.1 基本概念 A.8.2 初等变换 A.9 若尔当分解 A.10 互质性 参考文献 图书信息2书名：控制理论基础 书号：9787302189749 作者：陆文、黄晓波、周志峰、胡秀娟 定价：22元 出版日期：2008-12-1 出版社：清华大学出版社 内容简介本书是为机械工程类专业本科学生编写的教材，主要是研究单输入-单输出线性定常系统的分析和设计问题，其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数的经典控制理论。全书内容包括控制理论的概述、控制系统的微分方程、传递函数、时间响应、稳定性分析、误差计算、根轨迹分析法、频率响应法及校正等。本书注重对自动控制的基本内容、基本概念、基本理论和基本分析方法的阐述，深入浅出，重点突出，便于学生自学。 前言本书适用于机械工程类专业本科学生教学及自学使用，“控制理论基础”课程是一般机械类专业的专业基础课，是为后续专业课奠定基础，所以，本书基于后续课程的教学要求主要以经典控制理论为主线，主要是研究单输入-单输出线性定常系统的分析和设计问题。其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数的经典控制理论，尤其是自动控制的基本概念、基本原理及基本分析方法。为了在较少的学时内，能使学生较系统地掌握控制理论中最基本的理论和分析设计方法，本书在内容的组织上力求做到重点突出、深入浅出，删去经典控制理论中一些工程中不常用的陈旧内容。本书共分9章：其中第1～3章是控制理论的基本部分；第4～6章主要介绍时间响应的快速性、稳定性及精确性；第7章介绍根轨迹法；第8章主要研究频率响应，在频域中讨论系统的性能及稳定性问题等；第9章主要讨论系统的校正问题。 本书由陆文主编，第1、7、8章由陆文编写，第2、3章由黄晓波编写，第4、9章由周志峰编写，第5、6章由胡秀娟编写。 本书得到了上海工程技术大学机械工程学院的大力支持，在此表示衷心的感谢。由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免会存在一些错误与不足之处，敬请专家及读者批评指正。 作 者 2008年12月 目录1 概述1 1.1 简况1 1.2 自动控制的基本方式2 1.2.1 开环控制2 1.2.2 闭环控制3 1.2.3 闭环控制的组成4 1.3 自动控制系统的工作原理5 1.3.1 速度控制系统5 1.3.2 水位控制系统6 1.3.3 位置随动系统7 1.4 对控制系统的性能要求8 1.4.1 稳定性8 1.4.2 快速性9 1.4.3 精确性9 习题1 10 2 控制系统的微分方程12 2.1 建立系统微分方程的一般方法和步骤12 2.1.1 微分方程的一般特征12 2.1.2 建立微分方程的一般步骤13 2.1.3 理想元件的微分方程描述13 2.1.4 机械系统的微分方程14 2.1.5 电气系统的微分方程16 2.1.6 机电系统的微分方程17 2.2 线性系统及其齐次性和叠加性18 2.2.1 线性系统18 2.2.2 线性系统的齐次性18 2.2.3 线性系统的叠加性19 2.3 非线性数学模型线性化20 2.3.1 线性化的基本概念20 2.3.2 小偏差线性化20 2.3.3 线性化的数学意义和步骤20 习题2 21 3 传递函数23 3.1 数学工具--拉普拉斯变换与反变换23 3.1.1 拉氏变换的基本概念23 3.1.2 拉氏变换基本定理25 3.1.3 拉氏反变换30 3.1.4 拉氏变换应用举例31 3.2 传递函数33 3.2.1 传递函数的定义和性质33 3.2.2 传递函数的零点和极点34 3.2.3 典型环节的分类34 3.2.4 典型环节的传递函数36 3.3 系统方块图及其传递函数39 3.3.1 方块图的组成 40 3.3.2 方块图的绘制40 3.3.3 利用方块图的简化求取系统的传递函数42 3.3.4 利用梅逊公式求取系统的传递函数46 3.4 控制系统的传递函数50 3.4.1 系统的开环传递函数50 3.4.2 闭环系统的传递函数50 3.4.3 闭环系统的偏差传递函数51 习题3 52 4 时间响应分析55 4.1 时间响应及其性能指标55 4.1.1 时间响应的概念55 4.1.2 典型信号的时间响应56 4.1.3 任意输入函数作用下的系统响应57 4.1.4 时间响应的性能指标58 4.2 一阶系统的时间响应59 4.2.1 单位阶跃响应59 4.2.2 单位斜坡响应60 4.2.3 单位脉冲响应60 4.3 二阶系统的时间响应61 4.3.1 单位阶跃响应62 4.3.2 单位斜坡响应68 4.3.3 单位脉冲响应69 4.4 高阶系统的时间响应73 4.4.1 三阶系统的单位阶跃响应73 4.4.2 高阶系统的主导极点74 4.4.3 高阶系统的时间响应分析75 习题4 77 5 控制系统的稳定性及其时域判据78 5.1 稳定性的概念及系统稳定的条件78 5.1.1 稳定性的概念78 5.1.2 系统稳定的条件78 5.2 系统稳定性的时域判据80 5.2.1 罗斯判据80 5.2.2 霍尔维茨判据84 5.3 结构性不稳定系统86 习题5 87 6 控制系统的稳态误差88 6.1 偏差、误差和稳态误差的概念88 6.1.1 偏差、误差88 6.1.2 稳态误差89 6.2 稳态误差的计算89 6.2.1 利用终值定理求取稳态误差89 6.2.2 利用动态误差系数求取稳态误差94 6.3 干扰作用下系统的稳态误差计算96 6.4 降低稳态误差的主要措施97 习题6 98 7 根轨迹分析法100 7.1 根轨迹的概念100 7.1.1 根轨迹100 7.1.2 根轨迹方程101 7.2 根轨迹的基本规则102 7.3 绘制根轨迹107 7.4 根轨迹的分析109 习题7 111 8 频率响应法112 8.1 频率响应的基本概念 112 8.2 奈魁斯特图115 8.2.1 典型环节的奈魁斯特图115 8.2.2 系统的开环奈魁斯特图119 8.3 波德图121 8.3.1 对数幅频特性和对数相频特性121 8.3.2 典型环节的波德图123 8.3.3 系统的开环波德图128 8.3.4 最小相位传递函数130 8.3.5 实验确定传递函数131 8.4 频域稳定性判据133 8.4.1 奈魁斯特稳定判据133 8.4.2 波德稳定判据139 8.5 控制系统的稳定裕量140 8.5.1 相位裕量140 8.5.2 幅值裕量140 8.5.3 稳定裕量的计算141 8.6 控制系统的闭环频率特性143 8.6.1 等M圆图144 8.6.2 等N圆图145 8.6.3 利用等M圆和等N圆图求系统闭环频率特性145 8.7 频域性能指标与时域性能指标的关系147 8.7.1 闭环频域性能指标与时域性能指标的关系147 8.7.2 开环频域性能指标与动态性能指标的关系148 8.7.3 开环波德图与时域性能指标的关系149 习题8 151 9 控制系统的校正154 9.1 串联校正155 9.1.1 基本控制规律155 9.1.2 相位超前校正161 9.1.3 相位滞后校正164 9.1.4 相位滞后-超前校正167 9.2 反馈校正168 习题9 170 参考文献172 |
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