自動控制理論

所属分类:人工智能  
出版时间:2008-8   出版时间:王艷秋、王立紅、 楊匯軍 清華大學出版社 (2008-08出版)   作者:王艷秋,王立紅,楊匯軍 編   页数:320  

前言

自動控制技術起源于20世紀中葉,大約有50多年的歷史。自動控制技術以自動控制理論為基礎,以計算機為手段,解決了一系列高科技難題,為人類的文明和進步作出了重要貢獻。諸如宇宙航行、導彈制導與防御、萬米深海探測和火星表面探測;在工業生產過程中諸如對壓力、溫度、濕度、流量、頻率及原料、燃料成分比例控制都離不開自動控制技術。隨著自動控制技術需求量的不斷增長,自動控制理論本身也取得了顯著進步。線性控制系統理論日臻成熟;非線性系統的研究取得了突破性進展;離散系統的描述和分析能力得到加強;不確定性的H控制及系統對外擾動的魯棒性分析和設計已擴展到無窮維空間。自適應、自校正、自組織系統的研究和應用又有了新的發展。由于自動控制技術在各個行業的廣泛滲透,在科學技術現代化的發展進程中,發揮著越來越重要的作用,“自動控制理論”已逐漸成為高等學校許多學科共同的專業基礎課,且越來越佔有重要的位置。根據編者多年的教學實踐經驗,自動控制理論教材雖然較多,但在內容的編排順序和例題的選材上或多或少存在不足,缺少新理論、新知識、新的控制手段的補充。鑒于此,決定編寫《自動控制理論》一書,力求奉獻給讀者一本較完美的自動控制理論教科書。本書的主要特點是︰主動適應教學改革的需要和市場經濟對人才培養的要求;在內容的編排上適合自主學習;體現自動化類教材與國際接軌,面向世界、面向未來、面向區域經濟的辦學指導思想。另外,我們還將本書制作成多媒體課件,以適應現代化教學手段教學的需要。供不同類型、不同層次的學校選用。在經典控制理論中,主要介紹了線性控制系統的數學模型;時域法、根軌跡法、頻域法及控制系統的校正等;其次還介紹了采樣系統的基礎理論、數學模型、穩定性及穩態誤差、動態性能分析及校正問題。非線性控制系統理論日益受到重視,本書在第8章對此作了較為詳細的介紹。在第9章“狀態空間法”中介紹了狀態方程、狀態反饋控制和狀態觀測器的設計方法。為了便于教師授課和學生自學,書中配有各種類型的例題,每章附有大量習題。本書由王艷秋教授,王立紅、楊匯軍等副教授編著。全書共分8章,前言及第1、第3、第5章由王艷秋執筆,第2、第8、第9章由王立紅執筆,第4、第6章由楊匯軍執筆,第7章由王艷秋、王立紅執筆,研究生趙麗麗也參加了本書的編寫工作,全書由王艷秋教授統稿。本書在編寫過程中參考了很多優秀教材和著作,在此向收錄于參考文獻中的各位作者表示真誠的謝意。書中不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正。

内容概要

  《自動控制理論》較為全面地闡述了經典控制理論和現代控制理論的基本概念、原理及其各種分析方法。書中深入淺出地介紹了線性系統的數學模型、時域法、根軌跡法、頻域法、控制系統的綜合和校正、采樣控制系統分析法、非線性控制系統分析法和狀態空間法。《自動控制理論》盡可能全面地配備了各種類型的例題、習題。此外還編寫了與教材配套的《自動控制理論習題詳解》。   《自動控制理論》可作為高等學校電氣信息、儀器儀表、電子信息、計算機、機械、化工、航天航空等專業的教材,也可作為相關專業工程技術人員的參考書。

书籍目录

第1章 緒論1.1 引言1.2 開環控制系統和閉環控制系統 	1.2.1 開環控制系統1.2.2 閉環控制系統1.3 閉環控制系統的組成1.4 自動控制系統的類型1.4.1 線性控制系統和非線性控制系統1.4.2 連續控制系統和離散控制系統1.4.3 恆值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統1.4.4 定常控制系統和時變控制系統1.5 自動控制系統舉例習題第2章 自動控制系統的數學模型2.1 系統微分方程的建立2.2 非線性微分方程的線性化2.3 傳遞函數2.3.1 傳遞函數的定義2.3.2 傳遞函數的性質2.3.3 典型環節及其傳遞函數2.4 動態結構圖2.4.1 動態結構圖的組成2.4.2 動態結構圖的繪制2.4.3 動態結構圖的等效變換2.4.4 閉環系統的傳遞函數2.4.5 結構圖等效變換舉例2.5 信號流圖2.5.1 信號流圖的組成2.5.2 信號流圖的繪制2.5.3 梅森公式習題第3章 時域法3.1 典型輸入函數和時域性能指標3.1.1 系統的穩定性3.1.2 自動控制系統的典型輸入信號3.1.3 時域性能指標3.2 一階系統的時域分析3.2.1 一階系統的數學模型3.2.2 一階系統的單位階躍響應3.3 二階系統的時域分析3.3.1 二階系統的數學模型3.3.2 二階系統的單位階躍響應3.3.3 二階欠阻尼系統的動態性能指標3.3.4 二階系統特征參數與暫態性能指標之間的關系3.3.5 二階系統工程最佳參數3.3.6 二階系統計算舉例3.4 高階系統的時域分析3.5 控制系統的穩定性分析3.5.1 系統穩定性的基本概念3.5.2 穩定判據3.6 穩態誤差3.6.1 穩態誤差的定義3.6.2 自動控制系統的類型3.6.3 給定輸入作用下穩態誤差系數和穩態誤差分析3.6.4 擾動輸入作用下的穩態誤差分析3.6.5 減小穩態誤差的方法習題第4章 根軌跡法4.1 根軌跡的基本概念4.1.1 根軌跡4.1.2 根軌跡方程4.2 繪制根軌跡的基本法則4.2.1 根軌跡的基本法則4.2.2 根軌跡的繪制與分析4.3 參數根軌跡的繪制4.4 零度根軌跡的繪制4.5 利用根軌跡分析系統性能4.5.1 暫態響應性能分析4.5.2 主導極點與偶極子4.5.3 根軌跡分析習題第5章 頻域法5.1 頻率特性5.2 頻率特性的表示方法5.2.1 幅相頻率特性的表示方法5.2.2 對數幅相頻率特性的表示方法5.3 典型環節的頻率特性5.4 開環頻率特性的繪制5.4.1 開環幅相頻率特性的繪制5.4.2 開環對數幅相頻率特性的繪制5.5 用頻率法分析控制系統的穩定性5.5.1 奈奎斯特穩定判據5.5.2 系統的穩定裕度5.6 閉環系統頻率特性5.6.1 閉環頻率特性曲線的繪制5.6.2 閉環系統等M圓、等Ⅳ圓及尼科爾斯圖5.7 系統暫態特性和閉環頻率特性的關系5.8 開環頻率特性與系統階躍響應的關系習題第6章 控制系統的校正6.1 引言6.1.1 控制系統的性能指標與校正概念6.1.2 校正方式6.1.3 基本校正規律6.1.4 校正方法6.1.5 用頻率法校正的特點6.2 校正裝置6.2.1 超前校正裝置6.2.2 滯後校正裝置6.2.3 滯後-超前校正裝置6.2.4 期望的對數頻率特性6.3 串聯校正6.3.1 串聯超前校正6.3.2 串聯滯後校正6.3.3 串聯滯後-超前校正6.4 反饋校正6.4.1 反饋校正的原理6.4.2 反饋校正的作用6.4.3 反饋校正裝置的設計6.5 復合校正6.5.1 反饋與按輸入前饋的復合控制6.5.2 反饋與按擾動前饋的復合控制習題第7章 采樣控制系統分析法7.1 采樣控制系統的基本概念7.1.1 采樣控制系統7.1.2 數字控制系統7.2 采樣過程與采樣定理7.2.1 采樣過程7.2.2 采樣信號的頻譜7.2.3 采樣定理7.2.4 信號的復現7.3 z變換7.3.1 z變換的定義7.3.2 z變換的求法7.3.3 z變換的性質7.4 z反變換7.5 羞分方程7.5.1 差分方程概述7.5.2 差分方程的解法7.6 脈沖傳遞函數7.6.1 脈沖傳遞函數的定義7.6.2 開環脈沖傳遞函數7.6.3 閉環脈沖傳遞函數7.6.4 應用變換法分析系統的條件7.7 采樣系統的性能分析7.7.1 采樣系統的穩定性7.7.2 采樣系統閉環極點與動態響應的關系7.7.3 采樣系統的穩態誤差7.8 最少拍采樣控制系統的設計習題第8章 非線性控制系統分析法8.1 概述8.1.1 非線性系統的研究方法8.1.2 典型非線性環節8.1.3 非線性系統的特點8.2 描述函數法8.2.1 描述函數的基本概念8.2.2 典型非線性特性的描述函數8.2.3 非線性系統的簡化8.3 用描述函數法分析非線性系統8.3.1 穩定性判據8.3.2 自激振蕩8.3.3 用描述函數法分析非線性系統8.4 相平面法8.4.1 相平面圖8.4.2 相軌跡和相平面圖的性質8.4.3 奇點的類型8.4.4 相平面圖中的極限環8.4.5 由相平面圖求時間響應8.5 相軌跡的繪制方法8.5.1 解析法8.5.2 圖解法8.6 非線性系統的相平面分析8.6.1 死區型非線性系統8.6.2 繼電器非線性系統8.7 非線性系統的校正8.7.1 對線性部分進行校正8.7.2 改變非線性特性習題第9章 狀態空間法9.1 基本概念9.1.1 幾個定義9.1.2 狀態空間表達式的一般形式9.2 狀態空間表達式的建立9.2.1 由微分方程建立狀態空間表達式9.2.2 由傳遞函數建立狀態空間表達式9.3 組合系統的狀態空間表達式9.3.1 並聯連接9.3.2 串聯連接9.3.3 反饋連接9.4 狀態方程的線性變換9.4.1 系統的特征值及其不變性9.4.2 將狀態方程化為對角標準形9.4.3 將狀態方程化為約當標準形9.5 由狀態空間表達式求傳遞函數矩陣9.5.1傳遞函數矩陣的概念9.5.2 由狀態空間表達式求傳遞函數矩陣9.6 離散系統的狀態空間表達式9.7 線性定常連續系統狀態方程的解9.7.1 齊次狀態方程的解9.7.2 狀態轉移矩陣的性質9.7.3 e的計算方法9.7.4 非齊次狀態方程的解9.8 線性定常系統的能控性和能觀測性9.8.1 能控性和能觀測性定義9.8.2 線性定常系統的能控性判據9.8.3 線性定常系統的能觀測性判據9.8.4 單輸入-單輸出系統的能控標準形和能觀測標準形9.9 狀態反饋與狀態觀測器9.9.1 狀態反饋9.9.2 狀態反饋的性質9.9.3 狀態反饋的極點配置9.9.4 狀態觀測器的設計9.9.5 帶狀態觀測器的狀態反饋系統9.10 李亞普諾夫穩定性分析9.10.1 李亞普諾夫第二法概述9.10.2 李亞普諾夫穩定性定義9.10.3 李亞普諾夫穩定性定理9.10.4 線性定常連續系統的穩定性分析習題參考文獻

章节摘录

插圖︰1.1  引言過去的100年是科學與技術發展的一個鼎盛時期,人類的許多期望和夢想被科學家由神話變成現實。其中,自動控制技術所取得的成就更是令世人矚目,自動控制技術以控制理論為基礎.以計算機為手段解決了一系列高科技難題,諸如宇宙航行(人造衛星能按預定的軌道運行並返回地面、宇宙飛船能準確地在月球著陸並重返地面)、機器人行走、導彈制導與防御、萬米深海探測和火星表面探測等。自動控制技術在科學技術現代化的發展與創新過程中,正在發揮著越來越重要的作用。從冶金、電力、機械、化工、航天航空、核反應到經濟管理、生物、醫學、環境等,自動控制技術已經滲透到許多學科和社會生活領域。自動控制技術的廣泛應用,不但可以提高生產效率,減輕勞動強度,改善工作條件,節約能源等,而且在人類征服自然、探索新能源、發展空間技術和改善人民物質生活等方面都起著極為重要的作用。自動控制理論是自動控制技術的基礎,是一門理論性較強的學科,按自動控制理論發展的不同階段,自動控制理論一般可分為“經典控制理論”、“現代控制理論”和“智能控制理論”三大部分。“經典控制理論”起源于20世紀中葉,經過半個世紀的發展,“經典控制理論”日臻成熟,該理論主要是以傳遞函數為基礎,研究單輸入單輸出(SISO)系統的分析和設計問題。“經典控制理論”發展較早,在工程上,也比較成功地解決了諸如伺服系統自動控制的實踐問題。“現代控制理論”起源于20世紀60年代,是在經典控制理論的基礎上,隨著科學技術發展和工程實踐的需要而迅速發展起來的。它無論在數學工具、理論基礎,還是在研究方法上都不是經典控制理論的簡單延伸和推廣,而是認識上的一次飛躍。“現代控制理論”主要以狀態空間法為基礎,研究多輸入、多輸出、變參數、非線性、高精度、高效能等控制系統的分析和設計問題。最優控制、最佳濾波、系統識別、自適應控制、預測控制等理論都是這一領域研究的主要課題。特別是近年來由于電子計算機技術和現代應用數學研究的迅速發展,使“現代控制理論”又在研究龐大的系統工程的大系統理論和模仿人類智能活動的智能控制等方面有了重大發展。目前,“現代控制理論”正隨著現代科學技術的發展日新月異地向前發展著。“智能控制”是一門新興的學科領域,目前雖未建立起一套完整的智能控制的理論體系,但是關于智能控制理論的研究日新月異,正在對人類社會產生深遠的影響。智能控制是控制理論發展的高級階段。智能控制理論主要包括︰模糊邏輯控制、神經網絡控制及專家控制等。它主要用來解決那些用傳統方法難以解決的復雜系統的控制問題。諸如智能機器人系統、計算機集成制造系統(CIMS)、復雜的工業過程控制系統、航天航空控制系統、社會經濟管理系統、交通運輸系統、環保及能源系統等。

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《自動控制理論》的主要特點是︰主動適應教學改革的需要和市場經濟對人才培養的要求;在內容的編排上適合自主學習;體現自動化類教材與國際接軌,面向世界、面向未來、面向區域經濟的辦學指導思想。

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用户评论 (总计1条)

 
 

  •     書很舊,上面還有污漬
 

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