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自動控制理論及應用(高等學校自動化類專業系列教材)

  • 作者：編者:劉妹琴//董山玲//鄭榮濠|責編:李曄
  • 出版社：清華大學
  • ISBN：9787302695066
  • 出版日期：2025/08/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：387
人民幣：RMB 79 元      售價：元
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內容大鋼
    本書系統論述自動控制理論的基礎概念、基本原理、分析方法與設計技術。全書完整涵蓋經典控制理論與現代控制理論的核心內容。全書共8章，依次介紹控制理論的發展歷程，連續控制系統的數學模型、時域分析與設計、根軌跡法、頻率法、狀態空間法，離散控制系統的分析與設計，以及自動控制理論的綜合應用設計。本書注重理論與實踐結合，精簡複雜公式推導，著重突出經典控制理論與現代控制理論的融合。書中引入MATLAB軟體工具，輔助控制系統的分析與設計，幫助讀者直觀理解抽象概念、掌握系統設計方法。每章配有典型例題解析，第1?7章配有習題，助力讀者鞏固理論知識、培養解決實際問題的能力。
    此外，本書配套提供教學課件、教學大綱與習題解答，不僅可作為工科類及交叉學科專業本科生、研究生的教材，還能為自動化領域的科研人員、工程技術人員提供實用參考。
作者介紹
編者:劉妹琴//董山玲//鄭榮濠|責編:李曄
目錄
第1章  緒論
  1.1  控制理論發展概況
    1.1.1  經典控制理論的產生和發展
    1.1.2  現代控制理論的產生和發展
    1.1.3  智能控制理論的產生和發展
  1.2  自動控制系統的結構
    1.2.1  開環控制系統
    1.2.2  閉環控制系統
    1.2.3  複合控制系統
    1.2.4  反饋控制系統的組成和術語
  1.3  自動控制系統分類
    1.3.1  線性系統與非線性系統
    1.3.2  連續系統與離散系統
    1.3.3  定常系統與時變系統
    1.3.4  單輸入單輸出系統與多輸入多輸出系統
    1.3.5  恆值系統和隨動系統
  1.4  自動控制系統的基本要求
    1.4.1  穩定性
    1.4.2  暫態性能
    1.4.3  穩態性能
  1.5  自動控制系統的分析與設計工具
  1.6  本書的內容安排
  本章小結
  習題1
第2章  連續控制系統的數學模型
  2.1  控制系統數學模型基本概念
    2.1.1  數學模型的定義與主要類型
    2.1.2  建立數學模型的方法
  2.2  控制系統的微分方程
  2.3  控制系統的傳遞函數
    2.3.1  傳遞函數的定義以及表達式
    2.3.2  典型環節的傳遞函數
    2.3.3  系統方塊圖
    2.3.4  信號流圖與梅森公式
  2.4  控制系統的狀態空間模型
    2.4.1  狀態空間的基本概念
    2.4.2  狀態空間模型的建立
    2.4.3  狀態空間模型的圖示形式
  2.5  各種數學模型之間的關係
    2.5.1  由微分方程或傳遞函數轉化為狀態空間模型
    2.5.2  由狀態空間模型求傳遞函數(矩陣)
    2.5.3  由方塊圖求狀態空間模型
  2.6  數學模型的MATLAB描述
    2.6.1  系統傳遞函數的MATLAB表示及轉換
    2.6.2  應用MATLAB簡化系統方塊圖
    2.6.3  基於MATLAB分析狀態空間模型
  本章小結
  習題2
第3章  連續控制系統的時域分析與設計
  3.1  連續系統暫態性能分析

    3.1.1  典型輸入信號
    3.1.2  暫態性能指標
    3.1.3  一階系統的暫態性能分析
    3.1.4  典型二階系統的暫態性能分析
    3.1.5  高階系統暫態性能近似分析
  3.2  連續系統穩態性能分析
    3.2.1  控制系統誤差與穩態誤差的定義
    3.2.2  終值定理法
    3.2.3  系統類型
    3.2.4  誤差係數法
    3.2.5  擾動作用下的穩態誤差分析
  3.3  連續系統狀態方程的求解與分析
    3.3.1  定常齊次狀態方程的解
    3.3.2  狀態轉移矩陣
    3.3.3  定常系統的狀態響應及輸出響應
  3.4  連續控制系統的穩定性分析
    3.4.1  穩定性基本概念
    3.4.2  勞斯判據
    3.4.3  赫爾維茨穩定判據
    3.4.4  李雅普諾夫第一法
  3.5  連續控制系統的時域設計
  3.6  應用MATLAB進行連續控制系統時域分析與設計
    3.6.1  應用MATLAB分析系統穩定性
    3.6.2  應用MATLAB求解系統的階躍響應
    3.6.3  應用MATLAB計算系統矩陣指數函數
    3.6.4  應用MATLAB計算系統狀態響應與輸出響應
  本章小結
  習題3
第4章  連續控制系統的根軌跡法
  4.1  根軌跡的基本概念
    4.1.1  根軌跡的概念
    4.1.2  根軌跡方程
    4.1.3  閉環零點、極點和開環零點、極點之間的關係
  4.2  根軌跡的繪製方法
  4.3  廣義根軌跡繪製
    4.3.1  參數根軌跡
    4.3.2  零度根軌跡
  4.4  基於根軌跡的系統性能分析
    4.4.1  開環極點對系統性能的影響
    4.4.2  開環零點對系統性能的影響
    4.4.3  開環增益K的選取
  4.5  基於根軌跡的系統校正裝置設計
    4.5.1  超前校正設計
    4.5.2  滯后校正設計
    4.5.3  滯后-超前校正設計
    4.5.4  PID控制器設計
  4.6  應用MATLAB進行基於根軌跡的控制系統分析和設計
    4.6.1  用MATLAB繪製根軌跡圖
    4.6.2  用MATLAB對系統根軌跡分析及設計舉例
  本章小結

  習題4
第5章  連續控制系統的頻率法
  5.1  頻率特性
    5.1.1  頻率特性的定義
    5.1.2  頻率響應
    5.1.3  頻率特性的幾何表示
  5.2  奈奎斯特圖
    5.2.1  典型環節的奈奎斯特圖
    5.2.2  開環系統的奈奎斯特圖
  5.3  伯德圖
    5.3.1  典型環節的伯德圖
    5.3.2  開環系統的伯德圖
    5.3.3  由伯德圖確定傳遞函數
  5.4  奈奎斯特穩定判據
    5.4.1  輻角原理
    5.4.2  奈奎斯特穩定判據
    5.4.3  奈奎斯特穩定判據的應用
  5.5  控制系統相對穩定性分析
    5.5.1  用奈奎斯特圖表示相位裕度和幅值裕度
    5.5.2  用伯德圖表示相位裕度和幅值裕度
  5.6  基於頻率響應的校正裝置設計
    5.6.1  頻率指標與時域指標的關係
    5.6.2  超前校正設計
    5.6.3  滯后校正設計
    5.6.4  滯后-超前校正設計
  5.7  應用MATLAB進行基於頻率響應的控制系統分析和設計
  本章小結
  習題5
第6章  連續控制系統的狀態空間法
  6.1  連續系統的能控性與能觀性分析
    6.1.1  系統能控性和能觀性的直觀示例
    6.1.2  連續系統能控性及其判據
    6.1.3  連續系統能觀性及其判據
  6.2  連續系統的結構分解
    6.2.1  線性定常系統的能控規範型與能觀規範型
    6.2.2  系統的結構分解
    6.2.3  能控性、能觀性與傳遞函數(矩陣)的關係
  6.3  連續系統的狀態反饋控制器設計
    6.3.1  狀態反饋控制系統組成
    6.3.2  狀態反饋控制系統極點任意配置的條件
    6.3.3  單輸入系統極點配置演算法
    6.3.4  狀態反饋對系統能控性和能觀性的影響
  6.4  連續系統的狀態觀測器設計
    6.4.1  狀態重構與全維狀態觀測器
    6.4.2  降維狀態觀測器
    6.4.3  引入觀測器的狀態反饋控制系統
  6.5  應用MATLAB進行基於狀態空間法的連續系統分析與設計
    6.5.1  系統能控性、能觀性判別
    6.5.2  狀態反饋極點配置
    6.5.3  狀態觀測器設計

  本章小結
  習題6
第7章  離散控制系統分析與設計
  7.1  採樣過程與採樣定理
    7.1.1  採樣過程及其數學描述
    7.1.2  保持器
    7.1.3  採樣定理
  7.2  Z變換基礎
    7.2.1  Z變換的定義
    7.2.2  Z變換的性質
    7.2.3  Z變換方法
    7.2.4  Z逆變換
  7.3  離散控制系統的數學描述及求解
    7.3.1  差分方程及其求解
    7.3.2  脈衝傳遞函數
    7.3.3  離散系統的狀態空間模型
    7.3.4  脈衝傳遞函數與狀態空間模型相互轉化
  7.4  離散控制系統的頻域與復頻域分析與設計
    7.4.1  離散系統的穩定性分析
    7.4.2  基於Z域的分析與設計
    7.4.3  基於頻域特性的分析與設計
  7.5  離散控制系統的狀態空間分析與設計
    7.5.1  離散系統的時域分析
    7.5.2  離散系統的能控性與能觀性分析
    7.5.3  離散系統的狀態反饋控制
  7.6  連續系統與離散系統的關聯與區別
    7.6.1  連續系統離散化的穩定性
    7.6.2  連續系統離散化的能控性和能觀性
    7.6.3  數字控制系統分析與設計
  7.7  應用MATLAB進行離散系統分析與設計
    7.7.1  Z變換基礎
    7.7.2  連續系統的離散化
    7.7.3  離散系統的時域分析
    7.7.4  離散系統的頻域分析
  本章小結
  習題7
第8章  自動控制理論的應用舉例
  8.1  飛行控制系統的分析與設計
    8.1.1  副翼偏轉對應滾轉角系統的反饋設計
    8.1.2  方向舵對應偏航角系統的反饋設計
  8.2  水面無人艇運動控制系統的分析與設計
    8.2.1  無人艇運動模型的建立
    8.2.2  無人艇PID運動控制
  8.3  全自主雙輪平衡車數學建模與控制系統設計
    8.3.1  雙輪平衡車數學模型
    8.3.2  狀態反饋控制器的設計
  8.4  倒立擺離散控制系統的分析與設計
    8.4.1  倒立擺系統的數學模型
    8.4.2  系統的特性分析
    8.4.3  狀態反饋控制器設計

  本章小結
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