動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的反饋控制

前言

　　本書是斯坦福大學(xué)自動(dòng)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(yīng)用方面的最新研究成果，并對(duì)一些關(guān)鍵部分的理論描述進(jìn)行了修改，尤其充分強(qiáng)調(diào)了當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，使本書更具有先進(jìn)性和實(shí)用性，對(duì)提高教學(xué)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(shè)計(jì)方法及在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中遇到的許多實(shí)際問題。主要介紹了根軌跡法、頻率響應(yīng)法等古典控制理論及狀態(tài)空間法、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等現(xiàn)代控制理論的設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)方法、實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及分析工具等。本版注重實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合作者多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，列舉了大量應(yīng)用實(shí)例，雖然具有很大難度，但對(duì)本書理論的理解與掌握具有極大的幫助。本書的另一特點(diǎn)是大量引用了在控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中廣泛使用的計(jì)算機(jī)工具，如MATLAB和Simulink工具，并詳細(xì)給出了計(jì)算程序和結(jié)果，對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有極好的應(yīng)用價(jià)值。另外，本書附錄中給出了大量學(xué)習(xí)本書必需的基礎(chǔ)理論及數(shù)學(xué)工具，并對(duì)每章精心設(shè)計(jì)的習(xí)題給出了解答，使全書更加完整，有利于工程技術(shù)人員的自學(xué)。作者在撰寫本書時(shí)納入了多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，比較重視工程概念、實(shí)際問題和工程應(yīng)用，基本理論和設(shè)計(jì)方法的講解是循序漸進(jìn)、逐步深入的，將有益于讀者理解本書的內(nèi)容?！　?、Gene F.Franklin是美國(guó)加州斯坦福大學(xué)電氣工程專業(yè)教授。他的研究領(lǐng)域?yàn)樽赃m應(yīng)控制、非線性控制、計(jì)算機(jī)控制等，有多部著作，其中《自動(dòng)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(lǐng)域的絕大部分內(nèi)容。Franklin教授曾于1994年為IF~~EE年會(huì)做過專題講座。J.David PoweU是美國(guó)加州斯坦福大學(xué)教授，目前從事的專業(yè)是導(dǎo)航與控制，主要研究航天飛船及地面車輛的GPS導(dǎo)航控制，在控制系統(tǒng)領(lǐng)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(dāng)今世界知名的控制理論學(xué)者中的佼佼者?！　】傊?，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(guān)專家的好評(píng)。鑒于以上原因，特將此書第四版譯成中文，供高等院校有關(guān)專業(yè)的師生、工程技術(shù)人員和對(duì)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(guó)良教授對(duì)全書進(jìn)行了審校?！　∠抻谧g者水平，譯文中定有許多不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)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(shí)例綜述了控制系統(tǒng)的組成及原理，同時(shí)詳細(xì)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(chǔ)，對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模、動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了深入分析，在此基礎(chǔ)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(shè)計(jì)的三種有效方法——根軌跡法、頻率響應(yīng)法及狀態(tài)空間法；在此基礎(chǔ)上，第8章詳細(xì)研究了控制規(guī)律的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，即數(shù)字控制理論，并提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方法；最后，第9章通過多個(gè)具體實(shí)例，綜合了以上控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段，并總結(jié)了適合于一般控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和步驟。此外，本書提供了大量關(guān)于控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)附錄，對(duì)本書的學(xué)習(xí)有很好的幫助。
    本書適用于自動(dòng)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(guān)技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

Gene F. Franklin：斯坦福大學(xué)電氣工程專業(yè)教授，發(fā)表過多部著作，其中《自動(dòng)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(lǐng)域的絕大部分內(nèi)容，研究領(lǐng)域?yàn)樽赃m應(yīng)控制、非線性控制、計(jì)算機(jī)控制等。
    J. David Powell：斯坦福大學(xué)教授，1970年獲

書籍目錄

第1章 反饋控制簡(jiǎn)史與綜述 概述 反饋控制介紹 1.1 一個(gè)簡(jiǎn)單的反饋系統(tǒng) 1.2 反饋的初步分析 1.3 簡(jiǎn)史 1.4 本書綜述 小結(jié) 復(fù)習(xí)題 習(xí)題第2章 動(dòng)態(tài)模型 概述 動(dòng)態(tài)模型介紹 2.1 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 2.2 狀態(tài)變量形式的微分方程 2.3 電路模型 2.4 機(jī)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(fù)習(xí)題 習(xí)題第3章 動(dòng)態(tài)響應(yīng) 概述 系統(tǒng)響應(yīng)介紹 3.1 拉普拉斯變換回顧 3.2 系統(tǒng)模型圖 3.3 極點(diǎn)分布的影響 3.4 時(shí)域指標(biāo) 3.5 零點(diǎn)和附加極點(diǎn)的影響 3.6 穩(wěn)定性 3.7 數(shù)值仿真 3.8 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得模型 小結(jié) 復(fù)習(xí)題 習(xí)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(shí)例研究 4.2 經(jīng)典三項(xiàng)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(shí)現(xiàn) 小結(jié) 復(fù)習(xí)題 習(xí)題第5章 根軌跡設(shè)計(jì)法 概述 根軌跡設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)補(bǔ)償 5.6 應(yīng)用根軌跡的設(shè)計(jì)示例 5.7 根軌跡法的擴(kuò)展 小結(jié) 復(fù)習(xí)題 習(xí)題第6章 頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)法 概述 頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)法介紹 6.1 頻率響應(yīng) 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(guān)系 6.6 閉環(huán)頻率響應(yīng) 6.7 補(bǔ)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(biāo) 6.10 時(shí)間延遲環(huán)節(jié) 6.11 根據(jù)頻率響應(yīng)特性確定系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型 小結(jié) 復(fù)習(xí)題 習(xí)題第7章 狀態(tài)空間設(shè)計(jì) 概述 狀態(tài)空間法介紹 7.1 狀態(tài)空間法的優(yōu)點(diǎn) 7.2 狀態(tài)方程分析 7.3 全狀態(tài)反饋的控制規(guī)律設(shè)計(jì) 7.4 理想設(shè)計(jì)的極點(diǎn)位置選取 7.5 觀測(cè)器設(shè)計(jì) 7.6 將控制規(guī)律與觀測(cè)器結(jié)合進(jìn)行補(bǔ)償器設(shè)計(jì) 7.7 回路傳遞恢復(fù) 7.8 存在觀測(cè)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(shè)計(jì) 7.11 帶純時(shí)間延遲的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7.12 李亞普諾夫穩(wěn)定性 小結(jié) 復(fù)習(xí)題 習(xí)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(dòng)態(tài)分析 8.3 仿真設(shè)計(jì) 8.4 離散設(shè)計(jì) 8.5 狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法 8.6 硬件特征 8.7 字長(zhǎng)的影響 8.8 采樣速率的選取 小結(jié) 復(fù)習(xí)題 習(xí)題第9章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：原理與實(shí)例研究 概述 設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介 9.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要 9.2 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9.3 波音747的側(cè)向和縱向控制 9.4 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料-空氣比控制 9.5 數(shù)字磁帶傳動(dòng)的控制 9.6 硬盤讀/寫磁頭組件控制 9.7 半導(dǎo)體晶片制造中快速熱處理系統(tǒng)的控制 小結(jié) 復(fù)習(xí)題 習(xí)題附錄A 拉普拉斯變換附錄B 復(fù)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(diǎn)配置的阿克曼公式附錄F MATLAB函數(shù)附錄G 復(fù)習(xí)題解答

編輯推薦

　　適用于自動(dòng)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(guān)技術(shù)人員參考。　　《動(dòng)態(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(shè)計(jì)方法及在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中遇到的許多實(shí)際問題。主要介紹了根軌跡法、頻率響應(yīng)法等古典控制理論及狀態(tài)空間法、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等現(xiàn)代控制理論的設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)方法、實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及分析工具等。本版注重實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合作者多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，列舉了大量應(yīng)用實(shí)例，雖然具有很大難度，但對(duì)《動(dòng)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。《動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》的另一特點(diǎn)是大量引用了在控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中廣泛使用的計(jì)算機(jī)工具，如MATLAB和Simulink工具，并詳細(xì)給出了計(jì)算程序和結(jié)果，對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有極好的應(yīng)用價(jià)值?！　×硗猓秳?dòng)態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》附錄中給出了大量學(xué)習(xí)《動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》必需的基礎(chǔ)理論及數(shù)學(xué)工具，并對(duì)每章精心設(shè)計(jì)的習(xí)題給出了解答，使全書更加完整，有利于工程技術(shù)人員的自學(xué)。作者在撰寫《動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》時(shí)納入了多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，比較重視工程概念、實(shí)際問題和工程應(yīng)用，基本理論和設(shè)計(jì)方法的講解是循序漸進(jìn)、逐步深入的，將有益于讀者理解《動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的反饋控制》的內(nèi)容。

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