控制工程基础及MATLAB实践

第1章 绪论1.1 引言1.2 控制理论的发展历史1.3 控制系统的基本概念1.3.1 控制系统的基本构成1.3.2 控制系统的分类1.3.3 控制系统的质量指标1.4 机电控制系统实例1.5 MATLAB基础1.5.1 MATLAB简介1.5.2 MATLAB主要特点习题第2章 控制系统的时域模型2.1 物理系统的微分方程2.2 小偏差线性化2.2.1 问题的提出2.2.2 线性化2.3 状态与状态方程2.3.1 状态与状态变量2.3.2 状态方程2.4 机械系统数学模型的建立2.4.1 机械平移系统2.4.2 机械转动系统2.4.3 机械传动系统2.5 其他系统建模2.6 小结习题第3章 控制系统的复数域描述3.1 拉氏变换3.1.1 拉氏变换的定义3.1.2 拉氏变换的性质3.1.3 拉氏逆变换3.1.4 拉氏变换的应用3.1.5 MATLAB求解拉氏变换与拉氏逆变换3.2 传递函数3.2.1 传递函数的基本概念3.2.2 关于传递函数的几点说明3.2.3 传递函数阵3.3 动态结构图3.3.1 动态结构图的基本元素3.3.2 动态结构图的化简3.4 信号流图3.4.1 信号流图的基本元素3.4.2 动态结构图与信号流图之间的转换3.4.3 梅森公式3.4.4 基于MATLAB的结构图变换仿真3.5 典型环节与控制系统的传递函数3.5.1 典型环节3.5.2 控制系统的传递函数3.6 机电控制系统中的传感器与直流电动机3.6.1 传感器与编码器3.6.2 执行电动机3.7 实例分析3.8 小结习题第4章 控制系统的时域响应4.1 时域响应的性能指标4.1.1 典型测试信号4.1.2 时域性能指标4.2 一阶系统分析4.2.1 单位阶跃响应分析4.2.2 单位斜坡响应分析4.2.3 单位脉冲响应分析4.2.4 特征根的分布与响应形式之间的关系4.3 二阶系统分析4.3.1 单位阶跃响应4.3.2 单位阶跃响应的性能指标4.3.3 单位斜坡响应4.3.4 特征根分布与。向应形式之间的关系4.4 增加零、极点对系统动态过程的影响4.4.1 单位反馈系统增加前向通路极点4.4.2 单位反馈系统增加前向通路零点4.4.3 闭环系统增加极点4.4.4 闭环系统增加零点4.5 高阶系统近似4.6 状态空间模型的时域响应分析4.7 MATLAB环境下时域响应分析4.8 稳定性分析4.8.1 稳定性概念4.8.2 代数稳定判据4.8.3 相对稳定性4.9 实例分析4.1 0小结习题第5章 反馈控制系统的性能5.1 稳态误差5.1.1 非线性与误差5.1.2 误差的基本概念5.1.3 典型输入信号作用下的稳态误差5.1.4 稳态误差与闭环传递函数之间的关系5.2 反馈与参数鲁棒性5.2.1 参数灵敏度5.2.2 反馈控制系统中的干扰信号5.2.3 反馈的副作用5.3 指标函数与*优系统5.3.1 时域法5.3.2 频域法5.4 实例分析5.5 小结习题第6章 根轨迹分析6.1 基本概念6.1.1 根轨迹6.1.2 根轨迹方程6.2 根轨迹绘制法则6.3 根轨迹绘制举例6.4 其他形式的根轨迹6.4.1 正反馈系统的根轨迹6.4.2 非*小相位系统的根轨迹6.4.3 参数根轨迹6.5 根轨迹分析6.6 MATLAB环境下根轨迹的绘制6.7 实例分析6.8 小结习题第7章 频域分析法7.1 频率特性的概念7.1.1 频率特性的物理意义7.1.2 频率特性的数学意义7.1.3 频率特性的表示方法7.1.4 频率特性的性能指标7.2 典型环节的频率特性7.2.1 比例环节7.2.2 积分环节7.2.3 微分环节7.2.4 惯性环节7.2.5 一阶微分环节7.2.6 二阶振荡环节7.2.7 二阶微分环节7.2.8 一阶不稳定环节7.2.9 延迟环节7.3 控制系统的开环频率特性7.3.1 开环幅相特性7.3.2 开环对数频率特性7.4 频率特性的测试方法7.5 频域稳定性判据7.5.1 米哈伊洛夫定理7.5.2 奈奎斯特稳定性判据7.5.3 关于原点处极点或零点的处理7.5.4 稳定性判据的对数形式7.5.5 条件稳定系统7.5.6 多回路系统7.6 稳定裕度7.7 系统频域响应与时域响应的关系7.7.1 典型二阶系统时域响应与频域响应的关系7.7.2 一般系统时域响应与频域响应之间的关系7.7.3 开环频率特性与闭环频率特性之间的关系7.8 基于MATLAB的频域分析7.9 实例分析7.1 0小结习题第8章 控制系统设计8.1 性能指标与设计方法8.2 校正方式8.3 串联校正网络8.3.1 超前校正网络8.3.2 滞后校正网络8.3.3 滞后一超前校正网络8.4 超前校正网络设计8.4.1 超前校正网络的频域设计8.4.2 超前校正网络的根轨迹设计8.5 滞后校正网络设计8.5.1 滞后校正网络的频域设计8.5.2 滞后校正网络的根轨迹设计8.6 实例分析8.7 小结习题第9章 状态空间法基础9.1 引论9.2 状态空间表达式的建立9.2.1 由结构图模型建立状态空间表达式9.2.2 由传递函数模型建立状态空间表达式9.3 状态变换9.3.1 状态向量的非唯一性及特征值不变性9.3.2 常用标准型9.3.3 MATLAB下建立状态空间模型9.4 系统能控性和能观性9.4.1 能控性9.4.2 能观性9.4.3 单输入系统的能控标准型和能观标准型9.4.4 系统能控性与能观性的对偶原理9.4.5 基于MATLAB的能控性与能观性分析9.5 李雅普诺夫稳定性与判别方法9.5.1 李雅普诺夫的稳定性定义9.5.2 李雅普诺夫的稳定性判据9.5.3 线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析9.5.4 基于MATLAB的李雅普诺夫稳定性分析9.6 线性定常系统的设计与综合；9.6.1 状态反馈实现极点配置9.6.2 *优控制系统的设计9.6.3 状态观测器及其应用9.7 实例分析9.8 小结习题第10章 线性离散系统分析10.1 引论10.2 信号的采样与复现10.2.1 采样过程与采样定理10.2.2 信号保持10.2.3 A／D转换器和D／A转换器10.3 z变换理论10.3.1 差分与差分方程10.3.2 z变换的定义10.3.3 z变换的方法10.3.4 z变换的性质10.3.5 z逆变换10.4 脉冲传递函数10.4.1 离散系统的数学定义10.4.2 脉冲传递函数10.5 离散系统响应的求解10.5.1 z变换方法求解差分方程10.5.2 利用MATLAB求解离散响应10.6 线性定常离散系统的分析10.6.1 线性离散系统的稳定性10.6.2 离散系统稳态误差10.6.3 离散系统动态特性分析10.6.4 用LTIVicwer对离散控制系统进行系统分析10.7 实例分析10.8 小结习题参考文献