動態(tài)系統(tǒng)的反饋控制

前言

　　本書是斯坦福大學自動控制專業(yè)的本科生、研究生、非控制專業(yè)研究生的教材。到2002年該書已是第四版。與第三版相比，增加了近年來控制系統(tǒng)在理論和應用方面的最新研究成果，并對一些關鍵部分的理論描述進行了修改，尤其充分強調(diào)了當今計算機技術在控制系統(tǒng)設計中的廣泛應用，使本書更具有先進性和實用性，對提高教學效果也有很大幫助?！　”緯容^系統(tǒng)地闡述了反饋控制的基本理論、設計方法及在現(xiàn)實應用中遇到的許多實際問題。主要介紹了根軌跡法、頻率響應法等古典控制理論及狀態(tài)空間法、計算機控制技術等現(xiàn)代控制理論的設計手段、設計方法、實現(xiàn)技術以及分析工具等。本版注重實際應用，結(jié)合作者多年實際工作經(jīng)驗，列舉了大量應用實例，雖然具有很大難度，但對本書理論的理解與掌握具有極大的幫助。本書的另一特點是大量引用了在控制系統(tǒng)分析與設計中廣泛使用的計算機工具，如MATLAB和Simulink工具，并詳細給出了計算程序和結(jié)果，對控制系統(tǒng)的分析與設計有極好的應用價值。另外，本書附錄中給出了大量學習本書必需的基礎理論及數(shù)學工具，并對每章精心設計的習題給出了解答，使全書更加完整，有利于工程技術人員的自學。作者在撰寫本書時納入了多年的教學經(jīng)驗，比較重視工程概念、實際問題和工程應用，基本理論和設計方法的講解是循序漸進、逐步深入的，將有益于讀者理解本書的內(nèi)容?！　　ene F.Franklin是美國加州斯坦福大學電氣工程專業(yè)教授。他的研究領域為自適應控制、非線性控制、計算機控制等，有多部著作，其中《自動控制系統(tǒng)》、《反饋控制理論》、《采樣系統(tǒng)數(shù)字控制》等著名的著作涉及了控制領域的絕大部分內(nèi)容。Franklin教授曾于1994年為IF~~EE年會做過專題講座。J.David PoweU是美國加州斯坦福大學教授，目前從事的專業(yè)是導航與控制，主要研究航天飛船及地面車輛的GPS導航控制，在控制系統(tǒng)領域里有兩部著作，發(fā)表過100多篇科技論文。兩位作者均是當今世界知名的控制理論學者中的佼佼者。　　總之，本書是頗具特色的經(jīng)典高校教材，自它問世以來，已受到很多讀者和有關專家的好評。鑒于以上原因，特將此書第四版譯成中文，供高等院校有關專業(yè)的師生、工程技術人員和對反饋控制感興趣的讀者參考使用?！　”緯?章至第3章、第9章由朱齊丹、張秀蘋翻譯，第4章至第6章由張麗珂、劉舟翻譯，第7章、第8章及附錄由原新、胡陵山翻譯，溫素芳、高爾龍、宋雪良、韓新宇、張惠君也參加了翻譯工作，最后由趙國良教授對全書進行了審校?！　∠抻谧g者水平，譯文中定有許多不妥之處，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　 本書共分為9章，集古典控制與現(xiàn)代控制理論于一體。第1章通過實例綜述了控制系統(tǒng)的組成及原理，同時詳細介紹了控制理論的發(fā)展歷史及主要人物；第2章至第4章為本書的基礎，對動態(tài)系統(tǒng)的建模、動態(tài)響應進行了深入分析，在此基礎上，得出反饋控制的基本特性及優(yōu)越性；第5章至第7章為本書的核心，分別介紹了系統(tǒng)設計的三種有效方法——根軌跡法、頻率響應法及狀態(tài)空間法；在此基礎上，第8章詳細研究了控制規(guī)律的計算機實現(xiàn)，即數(shù)字控制理論，并提供了詳細的設計方法；最后，第9章通過多個具體實例，綜合了以上控制系統(tǒng)的設計手段，并總結(jié)了適合于一般控制系統(tǒng)設計的方法和步驟。此外，本書提供了大量關于控制理論的基礎知識附錄，對本書的學習有很好的幫助。
    本書適用于自動控制專業(yè)的本科生及研究生、非控制專業(yè)研究生，也可供相關技術人員參考。

作者簡介

Gene F. Franklin：斯坦福大學電氣工程專業(yè)教授，發(fā)表過多部著作，其中《自動控制系統(tǒng)》、《反饋控制理論》、《采樣系統(tǒng)數(shù)字控制》等涉及了控制領域的絕大部分內(nèi)容，研究領域為自適應控制、非線性控制、計算機控制等。
    J. David Powell：斯坦福大學教授，1970年獲

書籍目錄

第1章 反饋控制簡史與綜述 概述 反饋控制介紹 1.1 一個簡單的反饋系統(tǒng) 1.2 反饋的初步分析 1.3 簡史 1.4 本書綜述 小結(jié) 復習題 習題第2章 動態(tài)模型 概述 動態(tài)模型介紹 2.1 機械系統(tǒng)動力學 2.2 狀態(tài)變量形式的微分方程 2.3 電路模型 2.4 機電系統(tǒng)模型 2.5 熱流量和液體流量模型 2.6 線性化和換算 小結(jié) 復習題 習題第3章 動態(tài)響應 概述 系統(tǒng)響應介紹 3.1 拉普拉斯變換回顧 3.2 系統(tǒng)模型圖 3.3 極點分布的影響 3.4 時域指標 3.5 零點和附加極點的影響 3.6 穩(wěn)定性 3.7 數(shù)值仿真 3.8 由實驗數(shù)據(jù)獲得模型 小結(jié) 復習題 習題第4章 反饋的基本特性 概述 反饋特性介紹 4.1 速度控制實例研究 4.2 經(jīng)典三項控制器 4.3 穩(wěn)態(tài)跟蹤與系統(tǒng)類型 4.4 控制器的數(shù)字實現(xiàn) 小結(jié) 復習題 習題第5章 根軌跡設計法 概述 根軌跡設計法介紹 5.1 基本反饋系統(tǒng)的根軌跡 5.2 繪制根軌跡的規(guī)則 5.3 精選的根軌跡示例 5.4 選取參數(shù)值 5.5 動態(tài)補償 5.6 應用根軌跡的設計示例 5.7 根軌跡法的擴展 小結(jié) 復習題 習題第6章 頻率響應設計法 概述 頻率響應設計法介紹 6.1 頻率響應 6.2 臨界穩(wěn)定 6.3 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 6.4 穩(wěn)定裕度 6.5 波特幅相關系 6.6 閉環(huán)頻率響應 6.7 補償 6.8 頻率特性的其他圖示方法 6.9 根據(jù)靈敏度函數(shù)定義的性能指標 6.10 時間延遲環(huán)節(jié) 6.11 根據(jù)頻率響應特性確定系統(tǒng)的零極點模型 小結(jié) 復習題 習題第7章 狀態(tài)空間設計 概述 狀態(tài)空間法介紹 7.1 狀態(tài)空間法的優(yōu)點 7.2 狀態(tài)方程分析 7.3 全狀態(tài)反饋的控制規(guī)律設計 7.4 理想設計的極點位置選取 7.5 觀測器設計 7.6 將控制規(guī)律與觀測器結(jié)合進行補償器設計 7.7 回路傳遞恢復 7.8 存在觀測器的情況下引入?yún)⒖驾斎?7.9 積分控制和魯棒跟蹤 7.10 用有理傳遞函數(shù)直接設計 7.11 帶純時間延遲的系統(tǒng)設計 7.12 李亞普諾夫穩(wěn)定性 小結(jié) 復習題 習題第8章 數(shù)字控制 概述 數(shù)字控制介紹 8.1 數(shù)字化 8.2 離散系統(tǒng)的動態(tài)分析 8.3 仿真設計 8.4 離散設計 8.5 狀態(tài)空間設計法 8.6 硬件特征 8.7 字長的影響 8.8 采樣速率的選取 小結(jié) 復習題 習題第9章 控制系統(tǒng)的設計：原理與實例研究 概述 設計原理簡介 9.1 控制系統(tǒng)設計概要 9.2 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)設計 9.3 波音747的側(cè)向和縱向控制 9.4 汽車發(fā)動機中的燃料-空氣比控制 9.5 數(shù)字磁帶傳動的控制 9.6 硬盤讀/寫磁頭組件控制 9.7 半導體晶片制造中快速熱處理系統(tǒng)的控制 小結(jié) 復習題 習題附錄A 拉普拉斯變換附錄B 復變函數(shù)概述附錄C 矩陣論概述附錄D 能控性與能觀性附錄E 用于極點配置的阿克曼公式附錄F MATLAB函數(shù)附錄G 復習題解答

編輯推薦

　　適用于自動控制專業(yè)的本科生及研究生、非控制專業(yè)研究生，也可供相關技術人員參考?！　　秳討B(tài)系統(tǒng)的反饋控制》比較系統(tǒng)地闡述了反饋控制的基本理論、設計方法及在現(xiàn)實應用中遇到的許多實際問題。主要介紹了根軌跡法、頻率響應法等古典控制理論及狀態(tài)空間法、計算機控制技術等現(xiàn)代控制理論的設計手段、設計方法、實現(xiàn)技術以及分析工具等。本版注重實際應用，結(jié)合作者多年實際工作經(jīng)驗，列舉了大量應用實例，雖然具有很大難度，但對《動態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》理論的理解與掌握具有極大的幫助?！秳討B(tài)系統(tǒng)的反饋控制》的另一特點是大量引用了在控制系統(tǒng)分析與設計中廣泛使用的計算機工具，如MATLAB和Simulink工具，并詳細給出了計算程序和結(jié)果，對控制系統(tǒng)的分析與設計有極好的應用價值?！　×硗?，《動態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》附錄中給出了大量學習《動態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》必需的基礎理論及數(shù)學工具，并對每章精心設計的習題給出了解答，使全書更加完整，有利于工程技術人員的自學。作者在撰寫《動態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》時納入了多年的教學經(jīng)驗，比較重視工程概念、實際問題和工程應用，基本理論和設計方法的講解是循序漸進、逐步深入的，將有益于讀者理解《動態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》的內(nèi)容。

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