本課程主要講解的內(nèi)容如下:1.控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬實驗;2.線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)誤差分析;3.線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析;4.自動控制系統(tǒng)的校正;5.狀態(tài)空間法;6.能控、能觀性;7.極點配置觀測器;8.*優(yōu)控制;9.自適應(yīng)控制;10.非線性分析基礎(chǔ);11.模糊控制與智能控制先進(jìn)控制技術(shù)在機(jī)器人,智能設(shè)備,交通工具,化工生產(chǎn)過程等行業(yè)的典型應(yīng)用。本教材圍繞上述內(nèi)容展開,注重經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論層次間的縱向聯(lián)接性,將理論與工程案例有機(jī)結(jié)合,培養(yǎng)研究生用理論指導(dǎo)解決工程問題的思維習(xí)慣,提高讀者的現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)效率和解決復(fù)雜工程問題的能力。
1)采用圖文并茂的講解思路,由淺入深、逐層剖析,進(jìn)行PLC技術(shù)的理論講解和實驗指導(dǎo),加強(qiáng)學(xué)生動手能力和認(rèn)知水平。2)緊跟時代發(fā)展,結(jié)合工程實際,對控制理論應(yīng)用的思路進(jìn)行講解。3)強(qiáng)化自動化專業(yè)課程間的縱向聯(lián)接性,把經(jīng)典控制理論,現(xiàn)代控制理論,高級控制理論與應(yīng)用放到一個系統(tǒng)框架中進(jìn)行講解,增強(qiáng)讀者的處理復(fù)雜工程能力。
自動控制理論與技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國防領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,對提升社會勞動生產(chǎn)效率、改善工作條件、提高生產(chǎn)質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本均有立竿見影的作用。隨著國家大力推進(jìn)中國制造2025戰(zhàn)略,加快工業(yè)化與信息化融合進(jìn)程,控制理論與技術(shù)在其中發(fā)揮著舉足輕重的作用。編寫和使用面向?qū)I(yè)碩士和工程技術(shù)人員的現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)教材,有利于快速培養(yǎng)該領(lǐng)域的高級應(yīng)用型人才,普及和推廣控制理論與方法在各行業(yè)中的應(yīng)用,助推國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級。1. 本書的形成現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)是一門理論性與實踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。《現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)》基于東華理工大學(xué)控制工程、機(jī)械工程專業(yè)碩士研究生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程講義編寫。眾所周知,掌握并能熟練應(yīng)用該課程相關(guān)理論與方法解決工作中遇到的科學(xué)或工程問題是控制工程與機(jī)械工程專業(yè)碩士的培養(yǎng)方向,也是其成長為高級應(yīng)用型工程技術(shù)人員的必由之路。作為面向來自不同本科專業(yè)背景的研究生教材,能幫助研究生快速掌握本領(lǐng)域廣泛使用的控制工程相關(guān)理論基礎(chǔ),對有效提升研究生的培養(yǎng)質(zhì)量與效率有重要的現(xiàn)實意義。目前,與控制理論相關(guān)的教材普遍存在理論艱深、內(nèi)容陳舊且與實際應(yīng)用脫節(jié)的問題。本教材是編者以近年教改成果為基礎(chǔ),結(jié)合編者本人從事科研的體會,精選面向?qū)I(yè)碩士研究生與工程技術(shù)人員的實用控制理論與技術(shù)內(nèi)容編寫而成的,可供相關(guān)院校與專業(yè)技術(shù)人員選擇使用。通過對本教材內(nèi)容的學(xué)習(xí),一方面可以加深讀者對理論知識的理解,另一方面可以提升讀者對實際工程問題的思考、抽象、分析、推理和解決工程問題的能力。2. 主要內(nèi)容根據(jù)東華理工大學(xué)現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)大綱,本教材的主要內(nèi)容包含如下方面:①緒論,包括控制理論的應(yīng)用意義、發(fā)展階段及其面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向;②經(jīng)典控制理論,包括經(jīng)典控制理論概述、數(shù)學(xué)模型與典型環(huán)節(jié)、時域分析法、根軌跡法、頻域分析法和離散控制系統(tǒng)等內(nèi)容;③現(xiàn)代控制理論,包括現(xiàn)代控制理論概述、狀態(tài)空間與數(shù)學(xué)模型變換、離散系統(tǒng)狀態(tài)空間的解、系統(tǒng)的能控能觀性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定判據(jù)和極點配置與觀測器等內(nèi)容;④*優(yōu)控制,包括*優(yōu)控制理論概述、*優(yōu)控制的變分法、極小值原理和線性二次型*優(yōu)控制系統(tǒng)等內(nèi)容;⑤自適應(yīng)控制,包括自適應(yīng)控制概述、模型參考自適應(yīng)控制、自校正控制和新型自適應(yīng)控制技術(shù)簡介等內(nèi)容;⑥智能控制,包括智能控制概述、模糊邏輯控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等內(nèi)容。本教材涵蓋了當(dāng)前科研領(lǐng)域和工程領(lǐng)域主流的控制理論及方法,是一部內(nèi)容精而全的教科書。3. 編寫特色相較于其他教材,在內(nèi)容體系與結(jié)構(gòu)上,本教材提供多領(lǐng)域的工程案例,使得抽象難懂的理論知識變成形象具體的知識;在知識表述方式上,本教材簡化甚至避免復(fù)雜的推理過程。本教材以應(yīng)用為目的,以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,突出解決問題、分析問題與動手能力的培養(yǎng),對鞏固研究生的專業(yè)基礎(chǔ)和構(gòu)建專業(yè)思維起到非常關(guān)鍵的作用。該教材的特色與創(chuàng)新體現(xiàn)在:在內(nèi)容上,將經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論與智能控制理論知識整合在一起,將控制對象在不同時期的研究方法進(jìn)行對比,利于讀者理解不同理論方法之間的內(nèi)在聯(lián)系與優(yōu)缺點;在結(jié)構(gòu)上,體現(xiàn)了理論與實踐相統(tǒng)一的思想,相較于以前的教材更加注重實踐;在知識表述方式上,側(cè)重以應(yīng)用為導(dǎo)向的能力培養(yǎng)思路;同時,本教材還進(jìn)一步擴(kuò)大了課程理論與應(yīng)用的覆蓋范圍,提升了課程的適應(yīng)性。目前,現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程是面向東華理工大學(xué)控制工程專業(yè)領(lǐng)域碩士研究生課程建設(shè)項目,先后通過校級核心課程、校級課程思政示范課、江西省優(yōu)質(zhì)課程項目驗收。該課程建設(shè)項目成果獲得東華理工大學(xué)教學(xué)成果二等獎。Ⅱ現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)前言Ⅲ4. 作者致謝本教材為江西省學(xué)位教育優(yōu)質(zhì)課程現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程的配套教材。感謝東華理工大學(xué)研究生院、機(jī)械與電子工程學(xué)院的大力支持與資助;感謝江西省級教學(xué)團(tuán)隊、現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊李躍忠教授、劉樹博副教授、劉國權(quán)副教授、吳生彪博士、朱立老師、葛遠(yuǎn)香老師等對本教材內(nèi)容提出的許多寶貴意見;感謝羅翌綾、劉瑞、譚臻、張志遠(yuǎn)等同學(xué)參與本書的錄入、排版和插圖繪制;感謝華中科技大學(xué)出版社為本書的出版提供了有益的修改建議和付出的辛勤勞動。5. 聯(lián)系作者本教材的內(nèi)容雖然經(jīng)過作者多年教學(xué)應(yīng)用與修改,但仍不免存在疏漏與錯誤,歡迎使用本教材的教師同行和讀者批評指正。聯(lián)系郵箱為37171880@qq.com或xxluo@ecut.edu.cn。編者2024年8月于南昌
羅先喜,男,博士,教授。美國阿拉巴馬大學(xué)訪問學(xué)者,機(jī)械工業(yè)教育學(xué)會電氣及自動化學(xué)科教學(xué)委員會委員,江西省自動化學(xué)會理事,東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院自動化系主任。近年來一直從事儀器儀表工程,控制理論與控制工程領(lǐng)域的研究,主要研究方向是控制系統(tǒng)建模與優(yōu)化控制、檢測技術(shù)與數(shù)據(jù)處理、能源管理系統(tǒng)和電子系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)。系統(tǒng)講授電機(jī)與拖動技術(shù)、電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、過程控制、控制儀表與裝置等課程。主持和參與國家和省部級科研10項,包括國家自然科學(xué)基金項目3項。先后在國內(nèi)外知名期刊和會議上發(fā)表EI論文40余篇,出版專著1部,獲得國家專利授權(quán)5項,軟件著作權(quán)15項。
1緒論(1)1.1控制理論的應(yīng)用意義(1)1.2控制理論的發(fā)展階段(2)1.3控制理論面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向(6)本章小結(jié)(7)思考題(7)2經(jīng)典控制理論(8)2.1經(jīng)典控制理論概述(8)2.2數(shù)學(xué)模型與典型環(huán)節(jié)(15)2.3時域分析法(31)2.4根軌跡法(57)2.5頻域分析法(71)2.6離散控制系統(tǒng)(96)本章小結(jié)(107)思考題(109)3現(xiàn)代控制理論(112)3.1現(xiàn)代控制理論概述(112)3.2狀態(tài)空間與數(shù)學(xué)模型變換(114)3.3離散系統(tǒng)狀態(tài)空間的解(136)3.4系統(tǒng)的能控能觀性(139)3.5系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定判據(jù)(154)3.6極點配置與觀測器(161)本章小結(jié)(170)思考題(171)4*優(yōu)控制(174)4.1*優(yōu)控制理論概述(174)4.2*優(yōu)控制的變分法(181)4.3極小值原理(196)4.4線性二次型*優(yōu)控制系統(tǒng)(212)本章小結(jié)(224)思考題(226)5自適應(yīng)控制(228)5.1自適應(yīng)控制概述(228)5.2模型參考自適應(yīng)控制(232)5.3自校正控制(244)5.4新型自適應(yīng)控制技術(shù)簡介(261)本章小結(jié)(267)思考題(268)6智能控制(270)6.1智能控制概述(270)6.2模糊邏輯控制(275)6.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制(300)本章小結(jié)(322)思考題(323)附錄A常用函數(shù)的拉氏變換與z變換對照表(325)附錄B控制工程領(lǐng)域主要文獻(xiàn)檢索工具、學(xué)術(shù)期刊與學(xué)術(shù)會議(326)參考文獻(xiàn)(329)現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)目錄