動態(tài)系統(tǒng)建模與控制

第1章入門知識1
1.1簡介1
1.2模型2
1.3開環(huán)系統(tǒng)2
1.4反饋控制3
反饋控制示例3
1.5閉環(huán)系統(tǒng)的一般表示5
1.6從模型的角度分析系統(tǒng)5
1.7穩(wěn)定系統(tǒng)與非穩(wěn)定系統(tǒng)6
穩(wěn)定系統(tǒng)和非穩(wěn)定系統(tǒng)的示例7
1.8控制工程師的作用8
1.9小結(jié)9
1.10思考題10
1.11復(fù)習(xí)題10
第2章動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)背景13
2.1歷史觀點(diǎn)13
2.2簡介13
2.3運(yùn)算14
2.4微分方程16
2.5量綱一致18
2.6拉普拉斯變換20
2.7傳遞函數(shù)31
2.8框圖32
2.9MATLAB/SIMULINK36
2.9.1模擬計(jì)算機(jī)36
2.9.2用SIMULINK解答微分
方程40
2.9.3用SIMULINK確定傳遞
函數(shù)的輸出42
2.9.4不同的單位42
2.10小結(jié)43
2.11思考題43
2.12復(fù)習(xí)題43
第3章動態(tài)系統(tǒng)建模50
3.1歷史觀點(diǎn)50
3.2建模原則51
3.3表示數(shù)學(xué)模型的方法54
3.4教學(xué)建議56
3.5物理元件建模56
3.5.1類似點(diǎn)56
3.5.2across和through變量56
3.5.3分塊元件和它們的基本
方程57
3.6電子系統(tǒng)58
3.7流體系統(tǒng)——液壓59
3.8流體系統(tǒng)——?dú)鈩?2
3.9機(jī)械式直線型系統(tǒng)63
3.10機(jī)械式旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)65
3.11熱系統(tǒng)65
3.12物理系統(tǒng)建模70
3.13電子系統(tǒng)建模74
3.14用SIMULINK獲得用于分析或
模擬的傳遞函數(shù)81
3.15流體系統(tǒng)建模82
3.16氣動系統(tǒng)建模83
3.17機(jī)械系統(tǒng)建模85
3.18熱系統(tǒng)建模89
3.19混合系統(tǒng)建模90
3.20小結(jié)92
3.21思考題92
3.22復(fù)習(xí)題92第4章反饋控制100
4.1歷史觀點(diǎn)100
4.2定義、模型和反饋控制101
4.3系統(tǒng)的階104
4.4直流電機(jī)：  開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)
的比較107
4.5穩(wěn)態(tài)誤差分析112
4.6確定全反饋控制中的穩(wěn)態(tài)
誤差的過程116
4.7擾動造成的誤差117
4.8總體誤差119
4.9非全反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差119
4.10非線性119
4.11小結(jié)120
4.12思考題120
4.13復(fù)習(xí)題120
第5章穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)124
5.1簡介124
5.2穩(wěn)定性分析124
5.3Routh標(biāo)準(zhǔn)125
5.4小結(jié)132
5.5思考題132
5.6復(fù)習(xí)題132
目錄ⅦⅥ動態(tài)系統(tǒng)建模與控制第6章時(shí)域性能特征135
6.1簡介135
6.2極點(diǎn)位置135
6.3擾動系統(tǒng)以調(diào)查系統(tǒng)特征135
6.4一階系統(tǒng)136
6.5一階系統(tǒng)對階躍輸入的響應(yīng)136
6.6用方波激勵一階系統(tǒng)138
6.7Tr和BW及τ之間的關(guān)系139
6.8二階系統(tǒng)分類139
6.9二階系統(tǒng)對階躍輸入的響應(yīng)141
6.10主根145
6.11小結(jié)146
6.12思考題147
6.13復(fù)習(xí)題147
第7章根軌跡分析154
7.1歷史154
7.2簡介154
7.3根軌跡基本理論155
7.4GH(s)的正確表示法155
7.5傳遞函數(shù)因式的圖形表示法156
7.5.1根的數(shù)量157
7.5.2實(shí)軸上的根軌跡段158
7.5.3根軌跡上的終點(diǎn)159
7.6簡單示例160
7.7漸近線162
7.8根軌跡與實(shí)軸相交163
7.9漸近線形心165
7.10軌跡與虛軸相交166
7.11軌跡在復(fù)極點(diǎn)或0點(diǎn)的方向167
7.12繪制軌跡167
7.13在軌跡上定位根169
7.14增益以外的參數(shù)的根軌跡170
7.15通過根軌跡進(jìn)行系統(tǒng)分析172
7.16各種極點(diǎn)－0點(diǎn)排列的典型
根軌跡集合173
7.17使用MATLAB繪制根
軌跡175
7.18根軌跡繪制規(guī)則總結(jié)175
7.19小結(jié)178
7.20思考題178
7.21復(fù)習(xí)題178
第8章頻率響應(yīng)分析181
8.1歷史觀點(diǎn)181
8.2簡介181
8.3數(shù)學(xué)基礎(chǔ)182
8.4返回到OLTF的原始表示法182
8.5對正弦信號輸入的系統(tǒng)響應(yīng)182
8.6頻率響應(yīng)圖的應(yīng)用182
8.7一階系統(tǒng)響應(yīng)184
8.8二階系統(tǒng)響應(yīng)185
8.9共振187
8.10繪制Bode圖188
8.10.1建議用于幅度曲線的繪制
過程（普通計(jì)算方法）193
8.10.2更正漸近幅度曲線196
8.10.3角曲線196
8.11使用MATLAB獲得Bode圖198
8.12柯西的輻角原理198
8.13穩(wěn)定性分析201
8.14非最小相位系統(tǒng)205
8.15相對穩(wěn)定性（增益裕度和相位
裕度）206
8.16閉環(huán)頻率響應(yīng)207
8.17來自Bode圖的穩(wěn)定性和相對
穩(wěn)定性208
8.18使用MATLAB獲得GM和
PM209
8.19使用MATLAB獲得Nyquist
圖209
8.20Nichols坐標(biāo)和Nichols圖209
8.21使用MATLAB生成Nichols
圖211
8.22各種方法的比較211
8.23小結(jié)212
8.24思考題212
8.25復(fù)習(xí)題213
第9章狀態(tài)空間法簡介218
9.1歷史觀點(diǎn)218
9.2簡介218
9.3矩陣基礎(chǔ)218
9.4動態(tài)系統(tǒng)表示法219
9.5將微分方程轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間220
9.6將傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間221
9.7使用狀態(tài)空間建模223
9.8將SIMULINK框圖轉(zhuǎn)換為
狀態(tài)空間223
9.9矩陣的秩225
9.10一階微分方程的合并226
9.11使用MATLAB的變換過程227
9.12其他控制領(lǐng)域228
9.13小結(jié)229
9.14思考題229
9.15復(fù)習(xí)題229
第10章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)231
10.1歷史觀點(diǎn)231
10.2簡介232
10.3精度要求233
10.4對動態(tài)行為的要求233
10.5標(biāo)準(zhǔn)形式234
10.6回路中補(bǔ)償器的位置237
10.7級聯(lián)補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)方法238
10.8使用代數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)239
10.9級聯(lián)補(bǔ)償?shù)腂ode圖設(shè)計(jì)241
10.9.1Bode圖級聯(lián)設(shè)計(jì)——
超前補(bǔ)償241
10.9.2Bode圖級聯(lián)設(shè)計(jì)——
滯后補(bǔ)償249
10.10反饋補(bǔ)償?shù)腂ode設(shè)計(jì)254
10.11反饋補(bǔ)償?shù)腂ode
設(shè)計(jì)的圖形法256
10.12超前補(bǔ)償與滯后補(bǔ)償?shù)谋容^260
10.13使用根軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)260
10.14分區(qū)262
10.15極點(diǎn)布置265
10.16使用狀態(tài)變量進(jìn)行極點(diǎn)布置267
10.17參數(shù)平面268
10.18PID控制器272
10.19ZieglerNichols方法274
10.20ZieglerNichols調(diào)整過程275
10.21對設(shè)定點(diǎn)求微分的意義279
10.22小結(jié)281
10.23思考題281
10.24復(fù)習(xí)題281
第11章用PLC硬件實(shí)現(xiàn)控制模式284
11.1簡介284
11.2影響系統(tǒng)選擇的因素284
11.3示例實(shí)現(xiàn)平臺284
11.4對各種實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的方法
的比較286
11.5PLC簡介287
11.6用PLC實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制291
11.6.1基本的控制術(shù)語292
11.6.2輸入信號的類型和
范圍293
11.6.3低通濾波293
11.6.4模擬信號的內(nèi)部表示294
11.6.5綜合的編程和監(jiān)控
環(huán)境297
11.6.6調(diào)整參數(shù)303
11.6.7輸入303
11.6.8輸出303
11.6.9PID調(diào)整參數(shù)的選擇304
11.7小結(jié)304
11.8思考題304
11.9復(fù)習(xí)題304
第12章數(shù)字控制系統(tǒng)簡介307
12.1歷史觀點(diǎn)307
12.2簡介307
12.3z變換308
12.4使用z變換捕獲差分方程310
12.5零階保持311
12.6連續(xù)到離散的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換312
12.7獲得離散傳遞函數(shù)的后向
規(guī)則法（直接代換）313
12.8獲得離散傳遞函數(shù)的后向
規(guī)則法（使用變換）315
12.9獲得離散傳遞函數(shù)的拉普
拉斯變換法317
12.10其他近似方法319
Ⅷ動態(tài)系統(tǒng)建模與控制12.11使用MATLAB進(jìn)行連續(xù)
到離散的轉(zhuǎn)換320
12.12PID控制321
12.13將連續(xù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為離散
實(shí)現(xiàn)的過程321
12.14小結(jié)323
12.15思考題323
12.16復(fù)習(xí)題323
第13章實(shí)例研究：使用DC螺線管
的位置控制系統(tǒng)32513.1簡介325
13.2過程概述325
13.3問題定義325
13.4驅(qū)動器的選擇和實(shí)現(xiàn)326
13.5測試327
13.6建模327
13.7螺線管驅(qū)動器的選擇328
13.8模型參數(shù)的確定和測量328
13.9模擬329
13.10控制器的選擇（連續(xù)型設(shè)備）329
13.11最初的控制器設(shè)計(jì)：比例反饋329
13.12改進(jìn)的設(shè)計(jì)：PD控制器329
13.13用數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)329
13.14小結(jié)329
13.15思考題330
附錄ATr、BW和τ之間關(guān)系的推導(dǎo)331
附錄BMATLAB基礎(chǔ)333
B.1有用的命令334
B.2函數(shù)335
B.3腳本文件336
B.4函數(shù)文件337
B.5繪制SIMULINK模擬結(jié)果339
附錄C用于漸進(jìn)Bode幅度繪制的
MATLAB函數(shù)asymbode.m340
C.1程序清單340
C.2應(yīng)用342
附錄DAllenBradley的PID指令
（AllenBradley公司惠贈）343
D.1過程控制指令343
D.2 應(yīng)用示例：PID調(diào)整360
附錄EDC螺線管的特征362
附錄F直流電機(jī)的制造廠家規(guī)格
（經(jīng)Bodline電氣公司許可）365
附錄G開發(fā)你的創(chuàng)意組合的原則36810.9.2Bode圖級聯(lián)設(shè)計(jì)——滯后補(bǔ)償