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系統建模與控制導論

  • 作者：(美)約翰·基亞松|責編:姚蕾|譯者:王斑//李霓
  • 出版社：機械工業
  • ISBN：9787111743040
  • 出版日期：2024/03/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：589
人民幣：RMB 189 元      售價：元
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內容大鋼
    本書通過Matlab/Simulink基礎工具闡述控制系統的建模、分析和設計。在系統建模與控制導論中，Chiasson博士為電氣、機械和航空航天/航空工程專業的學生提供了一個易於理解且直觀的建模與控制指南。本書首先介紹了控制的必要性，描述了飛機是如何飛行的，並分別用副翼、升降舵和方向舵進行了橫搖、俯仰和偏航控制的圖示。本書將繼續介紹單軸剛體動力學（齒輪、大車沿斜坡滾動），然後對直流電機、直流轉速表和光學編碼器進行建模。利用這些動態模型的傳遞函數表示，引入PID控制器作為跟蹤階躍輸入和抑制恆定干擾的有效方法。
作者介紹
(美)約翰·基亞松|責編:姚蕾|譯者:王斑//李霓
    約翰·基亞松（John Chiasson）博士是IEEE會士，現為博伊西州立大學電子與電腦工程系副教授。他曾在波音、霍尼韋爾、ABB公司和橡樹嶺國家重點實驗室工作。他的研究興趣在於系統和控制領域。著有Modeling and High-Performance Control of Electric Machines（John Wiley & Sons，2005）、An Introduction to Probability Theory and Stochastic Processes（John Wiley & Sons，2013）等技術專著。
目錄
譯者序
前言
縮略語表
第1章  引言
  1.1  飛機
    1.1.1  使用升降舵控制俯仰
    1.1.2  使用副翼控制滾轉
    1.1.3  使用方向舵控制偏航
    1.1.4  控制飛機
    1.1.5  自動控制（自動駕駛儀）
  1.2  四旋翼無人機
    1.2.1  自動控制
  1.3  倒立擺
    1.3.1  控制問題
  1.4  磁懸浮
    1.4.1  數學模型
    1.4.2  控制問題
  1.5  一般控制問題
第2章  拉普拉斯變換
  2.1  拉普拉斯變換的性質
  2.2  部分分式展開
    2.2.1  非嚴格正則有理函數
  2.3  極點和零點
  2.4  極點和部分分式
  附錄  指數函數
  習題
第3章  微分方程與穩定性
  3.1  微分方程
    3.1.1  正弦穩態響應
  3.2  相量法求解
    3.2.1  小結
  3.3  終值定理
  3.4  穩定傳遞函數
    3.4.1  終值定理與穩定傳遞函數
    3.4.2  小結
  3.5  勞斯-赫爾維茨穩定性檢驗
    3.5.1  勞斯-赫爾維茨穩定性判據
    *3.5.2  特殊情況：勞斯表的一行元素為
    *3.5.3  特殊情況：第一列為0，但該行其他元素不完全為
  習題
第4章  質量-彈簧-阻尼系統
  4.1  機械功
  4.2  質量-彈簧-阻尼系統建模
  4.3  模擬
  習題
第5章  剛體轉動動力學
  5.1  轉動慣量
  5.2  牛頓轉動運動定律
    5.2.1  黏性轉動摩擦
    5.2.2  轉矩的符號規定

  5.3  齒輪
    5.3.1  兩個齒輪間的代數關係
    5.3.2  兩個齒輪間的動態關係
    5.3.3  張力
  5.4  滾動柱體
    5.4.1  結合平移和轉動運動
    5.4.2  無滑滾動
    5.4.3  圓柱體沿斜面向下滾動
    5.4.4  靜摩擦與動摩擦
    5.4.5  運用牛頓定律的運動方程
    5.4.6  運用牛頓運動方程解決剛體問題小結
    5.4.7  由能量守恆導出的運動方程
    5.4.8  沿斜面向上運動的電動缸
    5.4.9  由能量守恆導出的運動方程
  習題
第6章  直流電動機中的物理學原理
  6.1  磁場力
  6.2  單迴路電動機
    6.2.1  轉矩的產生
    6.2.2  繞線式直流電動機
    6.2.3  單迴路電動機的換向
  6.3  法拉第定律
    6.3.1  面元向量d
    6.3.2  解析符號ξ
    6.3.3  直線直流電動機中的反電動勢
    6.3.4  單迴路電動機中的反電動勢
    6.3.5  單迴路電動機中的自感電動勢
  6.4  直流電動機動力學方程
    6.4.1  機電能量轉換
  6.5  光學編碼器模型
    6.5.1  編碼器模型
    6.5.2  速度的後向差分估計
  *6.6  直流電動機轉速表
    6.6.1  用於直線直流電動機的轉速表
    6.6.2  單迴路直流電動機轉速表
  *6.7  多迴路直流電動機
    6.7.1  增加轉矩產生
    6.7.2  電樞電流的換向
  習題
第7章  框圖
  7.1  直流電動機框圖
  7.2  框圖化簡
  習題
第8章  系統響應
  8.1  一階系統響應
    8.1.1  證明
  8.2  二階系統響應
    8.2.1  瞬態響應和閉環極點
    8.2.2  峰值時間tp和超調百分比Mp
    8.2.3  調節時間ts

    8.2.4  上升時間tr
    8.2.5  Mp、tp、ts的小結
    8.2.6  選擇比例控制器的增益
  8.3  帶零點的二階系統
    8.3.1  右半平面零點
  8.4  三階系統
  附錄  根軌跡MATLAB文件
  習題
第9章  跟蹤與干擾抑制
  9.1  伺服機構
  9.2  直流伺服電動機的控制
    9.2.1  跟蹤
    9.2.2  干擾抑制
    9.2.3  直流伺服PI控制器小結
    9.2.4  比例積分微分控制
  9.3  跟蹤與干擾抑制理論
  9.4  內部模型原理
  9.5  設計實例：飛機俯仰的PI-D控制
    9.5.1  參數不確定性（魯棒性）
  *9.6  模型不確定性和反饋
    9.6.1  開環控制
    9.6.2  閉環控制
    9.6.3  加快響應速度
    9.6.4  通過反饋降低靈敏度
    9.6.5  結論
  習題
第10章  極點配置、二自由度控制器和內部穩定性
  10.1  輸出極點配置
    10.1.1  干擾模型
    10.1.2  初始條件對控制設計的影響
  10.2  二自由度控制器
    10.2.1  穩定2型系統有超調量
    10.2.2  具有實數極點並且無零點的穩定系統無超調量
    10.2.3  具有實數極點和單右半平面零點的穩定系統無超調量
    10.2.4  用二自由度控制器消除超調量
  10.3  內部穩定性
    10.3.1  環內不穩定零極點抵消（不利情況）
    10.3.2  環外不穩定零極點抵消（有利情況）
  10.4  設計實例：飛機俯仰二自由度控制
    10.4.1  關於極點配置的重要探討
  10.5  設計實例：帶太陽能電池板的衛星（配置情況）
  附錄A  輸出極點配置
  附錄B  多項式展開
  附錄C  超調量
  附錄D  不穩定零極點抵消
  附錄E  欠調
  習題
第11章  頻率響應方法
  11.1  伯德圖
    11.1.1  伯德幅頻圖

    11.1.2  半對數圖
    11.1.3  漸近幅頻圖
    11.1.4  伯德相點陣圖
    11.1.5  簡單例題
    11.1.6  更多的伯德圖示例
    11.1.7  具有復極點的伯德圖
    11.1.8  峰值和諧振值
    11.1.9  相點陣圖
  11.2  奈奎斯特理論
    11.2.1  幅角原理
    11.2.2  奈奎斯特極坐標圖
    11.2.3  奈奎斯特穩定性檢驗
  11.3  相對穩定性：增益和相位裕度
    11.3.1  相對穩定性
  11.4  閉環帶寬
    11.4.1  結論
  11.5  滯后和超前補償
    11.5.1  滯后補償
    11.5.2  超前補償
  11.6  基於超前滯后補償的雙積分器控制
  11.7  帶輸出的倒立擺Y(s)=X(s)+(l+J/ml)θ(s)
  附錄  MATLAB中的伯德圖和奈奎斯特圖
  習題
第12章  根軌跡
  12.1  角度條件和根軌跡的規則
  12.2  漸近線及其實軸交點
  12.3  分離角
  12.4  開環極點對根軌跡的影響
  12.5  開環零點對根軌跡的影響
  12.6  分離點和根軌跡
  12.7  設計實例：太陽能電池板衛星（非同位配置）
  習題
第13章  倒立擺、磁懸浮、軌道上的小車
  13.1  倒立擺
    13.1.1  倒立擺的數學模型
    13.1.2  線性近似模型
    13.1.3  傳遞函數模型
    13.1.4  使用嵌套的反饋環路的倒立擺桿控制
  13.2  非線性模型的線性化
  13.3  磁懸浮
    13.3.1  能量守恆定律
    13.3.2  狀態空間模型
    13.3.3  關於平衡點的線性化
    13.3.4  傳遞函數模型
  13.4  軌道上的小車
    13.4.1  機械方程
    13.4.2  電氣方程式
    13.4.3  運動方程式和框圖
  習題
第14章  狀態變數

  14.1  狀態空間形式
  14.2  狀態空間的傳遞函數
    14.2.1  能控標準型
  14.3  狀態空間方程的拉普拉斯變換
  14.4  基本矩陣Φ
    14.4.1  指數矩陣eAt
  *14.5  狀態空間方程的解
    14.5.1  常數情況
    14.5.2  矩陣情況
  *14.6  狀態空間模型離散化
  習題
第15章  狀態反饋
  15.1  兩個例子
    15.1.1  軌跡設計
    15.1.2  狀態反饋跟蹤控制器的設計
  15.2  一般狀態反饋軌跡跟蹤問題
  15.3  矩陣的逆和Cayley-Hamilton定理
    15.3.1  矩陣的逆
    15.3.2  Cayley-Hamilton定理
  15.4  穩定性與狀態反饋
  15.5  狀態反饋與干擾抑制
  15.6  相似變換
  15.7  極點配置
    15.7.1  狀態反饋不改變系統零點
  15.8  平衡點的漸近跟蹤
  15.9  通過狀態反饋跟蹤階躍輸入
    15.9.1  極點配置程序
    *15.9.2  倒立擺的階躍響應
  *15.10  傾斜軌道上的倒立擺
    15.10.1  關於平衡點的線性化
    15.10.2  狀態反饋控制
    15.10.3  未知的傾斜角度
  *15.11  反饋線性化控制
    15.11.1  干擾抑制性
  附錄  狀態空間中的干擾抑制
  習題
第16章  狀態估計和參數識別
  16.1  狀態估計器
    16.1.1  狀態估計的一般流程
    16.1.2  分離原理
  *16.2  拉普拉斯域的狀態反饋和狀態估計
  *16.3  倒立擺的多輸出觀測器設計
  16.4  矩陣的轉置和逆的性質
  *16.5  對偶性
  16.6  參數辨識
    16.6.1  對稱矩陣和正定矩陣
    16.6.2  最小二乘識別
    16.6.3  最小二乘近似
    16.6.4  誤差指數
  習題

第17章  反饋的魯棒性和靈敏度
  17.1  輸出為x的倒立擺
    17.1.1  右半平面極點和零點及其控制問題
    17.1.2  靈敏度的泊松積分
    17.1.3  H∞范數
  17.2  輸出為y(t)=x(t)+(+J/m)θ(t)的倒立擺
  17.3  帶有狀態反饋的倒立擺
  17.4  帶有積分器和狀態反饋的倒立擺
  17.5  通過狀態估計進行狀態反饋的倒立擺
  習題
參考文獻

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