目錄
第1章 緒論 1
1.1 機(jī)械工程的發(fā)展與控制理論的應(yīng)用 1
1.2 機(jī)械工程自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 2
1.2.1 機(jī)械裝置產(chǎn)生的自動(dòng)控制作用 2
1.2.2 工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng) 3
1.2.3 工作臺(tái)速度自動(dòng)控制系統(tǒng) 8
1.2.4 機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和基本變量 9
1.3 機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 10
1.4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求 11
習(xí)題 12
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 17
2.1 系統(tǒng)微分方程的建立 17
2.2 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化 20
2.3 拉普拉斯變換 21
2.3.1 復(fù)數(shù)和復(fù)變函數(shù) 22
2.3.2 拉普拉斯變換的意義 23
2.3.3 典型時(shí)間函數(shù)的拉普拉斯變換 23
2.3.4 拉普拉斯變換的基本性質(zhì) 25
2.3.5 拉普拉斯反變換 27
2.4 傳遞函數(shù) 29
2.4.1 傳遞函數(shù)的定義 29
2.4.2 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 30
2.5 系統(tǒng)方框圖和信號(hào)流圖 34
2.5.1 系統(tǒng)方框圖的組成 34
2.5.2 環(huán)節(jié)的基本連接方式 34
2.5.3 方框圖的變換與簡(jiǎn)化 36
2.5.4 系統(tǒng)的信號(hào)流圖及梅森公式 38
2.6 工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 42
習(xí)題 44
第3章 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法 51
3.1 典型輸入信號(hào) 51
3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 52
3.2.1 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) 53
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 53
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng) 54
3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 54
3.3.1 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) 55
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 55
3.3.3 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng) 56
3.3.4 二階系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性能指標(biāo) 57
3.3.5 二階系統(tǒng)計(jì)算舉例 60
3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)分析 61
3.5 工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 62
習(xí)題 64
第4章 控制系統(tǒng)的頻域分析法 68
4.1 頻率特性概述 68
4.1.1 頻率特性的基本概念 68
4.1.2 頻率特性的求法 69
4.1.3 頻率特性的特點(diǎn)和作用 71
4.2 典型環(huán)節(jié)頻率特性的奈奎斯特圖 72
4.2.1 奈奎斯特圖的概念 72
4.2.2 典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特圖 72
4.3 系統(tǒng)奈奎斯特圖的畫(huà)法 76
4.4 典型環(huán)節(jié)頻率特性的伯德圖 78
4.4.1 伯德圖的概念 78
4.4.2 典型環(huán)節(jié)的伯德圖 79
4.4.3 繪制系統(tǒng)伯德圖的步驟 84
4.5 頻域性能指標(biāo) 85
4.6 最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng) 86
4.7 工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)的頻域分析 87
習(xí)題 89
第5章 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 93
5.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本概念及穩(wěn)定條件93
5.2 代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù) 94
5.2.1 赫爾維茨判據(jù) 95
5.2.2 勞斯判據(jù) 96
5.3 幾何穩(wěn)定性判據(jù) 101
5.3.1 幅角原理 101
5.3.2 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) 102
5.3.3 含有積分環(huán)節(jié)和延時(shí)環(huán)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 104
5.3.4 根據(jù)伯德圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性 106
5.4 系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性 108
5.5 工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 111
習(xí)題 112
第6章 控制系統(tǒng)的根軌跡分析法 115
6.1 根軌跡與系統(tǒng)特性 115
6.2 根軌跡的幅值條件和相角條件 116
6.3 繪制根軌跡的基本規(guī)則 117
6.4 基于MATLAB的根軌跡繪制方法 122
6.4.1 MATLAB基礎(chǔ) 122
6.4.2 應(yīng)用MATLAB繪制根軌跡 124
6.5 工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)的根軌跡分析 127
習(xí)題 129
第7章 控制系統(tǒng)的誤差分析和計(jì)算 131
7.1 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念 131
7.1.1 偏差和誤差 131
7.1.2 穩(wěn)態(tài)誤差 132
7.2 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算 132
7.2.1 系統(tǒng)的類型 132
7.2.2 系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù) 133
7.2.3 靜態(tài)誤差系數(shù) 134
7.2.4 用伯德圖確定誤差系數(shù) 137
7.2.5 擾動(dòng)引起的誤差 139
7.3 減小穩(wěn)態(tài)誤差的途徑 140
7.4 動(dòng)態(tài)誤差系數(shù) 142
7.5 工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)的誤差分析 143
習(xí)題 143
第8章 控制系統(tǒng)性能校正 148
8.1 概述 148
8.2 系統(tǒng)的性能指標(biāo) 149
8.3 基于閉環(huán)零點(diǎn)、極點(diǎn)分布情況分析系統(tǒng)性能 150
8.3.1 系統(tǒng)單位階躍輸入響應(yīng) 150
8.3.2 閉環(huán)零點(diǎn)、極點(diǎn)的分布與系統(tǒng)性能的關(guān)系 151
8.3.3 利用主導(dǎo)極點(diǎn)估計(jì)系統(tǒng)性能指標(biāo) 151
8.4 并聯(lián)校正 152
8.4.1 反饋校正 152
8.4.2 順饋校正 153
8.5 串聯(lián)校正 154
8.5.1 伯德定理簡(jiǎn)介及應(yīng)用 154
8.5.2 相位超前校正 155
8.5.3 相位滯后校正 158
8.5.4 相位滯后超前校正 161
8.6 控制器類型 163
8.6.1 比例控制器(P) 163
8.6.2 比例積分控制器(PI) 163
8.6.3 比例微分控制器(PD) 164
8.6.4 比例積分微分控制器
(PID) 164
8.6.5 有源相位超前控制器 166
8.6.6 有源相位滯后控制器 166
8.6.7 有源相位滯后超前控制器 167
8.7 按希望特性設(shè)計(jì)控制器 167
8.7.1 典型Ⅰ型系統(tǒng)(二階希望特性系統(tǒng)) 167
8.7.2 典型Ⅱ型系統(tǒng)(三階希望特性系統(tǒng)) 169
8.7.3 按希望特性設(shè)計(jì)控制器的圖解法171
8.7.4 按希望特性設(shè)計(jì)控制器的直接法173
8.8 工作臺(tái)位置自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)175
習(xí)題 176
第9章 離散控制系統(tǒng) 182
9.1 概述 182
9.1.1 離散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 182
9.1.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D) 183
9.1.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)換(D/A) 183
9.2 犣變換和犣反變換 184
9.2.1 犣變換的定義 184
9.2.2 犣變換的性質(zhì) 186
9.2.3 犣反變換 186
9.3 離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 187
9.3.1 離散傳遞函數(shù)的求法 187
9.3.2 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù) 189
9.3.3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)189
9.4 離散系統(tǒng)的狕域分析 190
9.4.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 190
9.4.2 極點(diǎn)分布與瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)系 192
9.4.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 193
9.5 離散系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì) 193
9.5.1 模擬化設(shè)計(jì)法 194
9.5.2 離散設(shè)計(jì)法 194
9.5.3 PID數(shù)字控制器 195
習(xí)題 197
第10章 現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ) 199
10.1 系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的建立 199
10.2 系統(tǒng)的傳遞矩陣 202
10.3 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解法 203
10.4 線性系統(tǒng)的可控性與可觀測(cè)性 206
10.4.1 線性系統(tǒng)的可控性 206
10.4.2 線性系統(tǒng)的可觀測(cè)性 207
10.5 系統(tǒng)的狀態(tài)反饋與輸出反饋 208
10.6 系統(tǒng)極點(diǎn)的配置 209
10.7 離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式 210
10.7.1 離散系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的建立 210
10.7.2 離散系統(tǒng)的傳遞矩陣 213
10.8 離散狀態(tài)方程的解 213
10.9 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 215
10.10 離散系統(tǒng)的可控性與可觀測(cè)性 215
習(xí)題 217
第11章 智能控制理論基礎(chǔ) 219
11.1 智能控制的結(jié)構(gòu)理論 219
11.2 學(xué)習(xí)控制系統(tǒng) 220
11.2.1 學(xué)習(xí)控制的發(fā)展 220
11.2.2 學(xué)習(xí)控制的基本原理 220
11.2.3 學(xué)習(xí)控制的應(yīng)用舉例 222
11.3 模糊控制系統(tǒng) 224
11.3.1 模糊控制的理論基礎(chǔ) 224
11.3.2 模糊控制的基本原理 225
11.3.3 模糊控制的應(yīng)用舉例 228
11.4 專家控制系統(tǒng) 233
11.4.1 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 233
11.4.2 專家系統(tǒng)的類型 234
11.4.3 專家控制系統(tǒng)的應(yīng)用舉例 234
11.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 237
11.5.1 人工神經(jīng)元模型 237
11.5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 238
11.5.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法 238
11.5.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用舉例 241
11.6 仿人智能控制 242
11.6.1 仿人智能控制的基本思想 243
11.6.2 仿人智能控制的原型算法 243
11.6.3 仿人智能控制器設(shè)計(jì)的基本步驟244
習(xí)題 245
參考文獻(xiàn) 246