书籍详情

自动控制系统(第8版)

自动控制系统(第8版)

作者:(美国)库沃等著

出版社:高等教育出版社

出版时间:2003-12-01

ISBN:9787040137859

定价:¥48.50

购买这本书可以去
内容简介
  本书是教育部高教司推荐的国外优秀信息科学与技术系列教学用书之一。本书共分11章,主要内容包括:绪论;数学基础;结构图和信号流图;物理系统建模;状态变量分析;线性系统的稳定性;控制系统的时域分析;根轨迹方法;频域分析;控制系统的设计;虚拟实验室等。本书从第1版到现在已有40多年的历史,第8版的不同是:为使原书的内容更加完整流畅,将原来版本中的一些内容作为附录放在光盘中;光盘同时提供了自动控制系统工具箱(ACSYS toolbox)和需要使用的MATLAB文件;另外光盘还提供了书中部分习题的答案。本书可供高等院校自动化专业本科生作为教材使用,也可供有关工程技术人员参考使用。
作者简介
暂缺《自动控制系统(第8版)》作者简介
目录
Preface v
 CHAPTER 1
Introduction  1
  1-1  Introduction  1
  1-1-1  Basic Components of a Control System  2
  1-1-2  Examples of Control-System
  Applications  2
  1-1-3  Open-Loop Control Systems (Nonfeed-
  back Systems)  6
  1-1-4  Closed-loop Control Systems (Feedback
  Control Systems)  7
  1-2 What is Feedback and What are its Effects?  8
  1-2-1  Effect of Feedback on Overall Gain  8
  1-2-2  Effect of Feedback on Stability  9
  1-2-3  Effect of, Feedback on External
  Disturbance or Noise  10
  1-3 Types of Feedback Control Systems  11
  1-3-1  Linear versus Nonlinear Control
  Systems  11
  1-3-2  Time-Invariant versus Time-Varying
  Systems  12
  1-4  Summary  15
 CHAPTER :2
Mathematical Foundation  16
  2-1  Introduction  16
  2-2  Laplace Transform  17
  2-2-1  Definition of the Laplace Transform  17
  2-2-2  Inverse Laplace Transformation  18
  2-2-3  Important Theorems of the Laplace
  Transform  19
  2-3  Inverse Laplace Transform by Partial-Fraction
  Expansion  21
  2-3-1  Partial-Fraction Expansion  22
  2-4  Application of the Laplace Transform to the Solution
  of Linear Ordinary Differential Equations  25
  2-5  Impulse Response and Transfer Functions of Linear
  Systems  27
  2-5-1  Impulse Response  27
  2-5-2  Transfer Function (Single-Input, Single-
  Output Systems)  27
  2-5-3  Transfer Function (Multivariable
  Systems)  29
 2-6  MATLAB Tools and Case Studies  30
  2-6-1  Description and Use of Transfer Function
  Tool 30
 2-7  Summary  41
 CHAPTER 3
Block Diagrams and Signal-Flow Graphs  44
  3-1  Block Diagrams  44
  3-1-1  Block Diagrams of Control Systems  45
  3-1-2  Block Diagrams and Transfer Functions of
  Multivariable Systems  46
  3-2  Signal-Flow Graphs (SFGs)  48
  3-2-1  Basic Elements of an SFG  49
  3-2-2  Summary of the Basic Properties of
  SFG  50
  3-2-3  Definitions of SFG Terms  51
  3-2-4  SFG Algebra  53
  3-2-5  SFG of a Feedback Control System  54
  3-2-6  Gain Formula for SFG  54
  3-2-7  Application of the Gain Formula between
  Output Nodes and Noninput Nodes  56
  3-2-8  Application of the Gain Formula to Block
  Diagrams  57
  3-3  State Diagram  58
  3-3-1  From Differential Equations to State
  Diagram  59
  3-3-2  From State Diagram to Transfer
  Function  61
  3-3-3  From State Diagram to State and Output
  Equations  61
  3-4  MATLAB tbols and Case Studies  63
  3-5  Summary  65
 CHAPTER 4
Modeling of Physical Systems 77
  4-1  Introduction  77
  4-2  Modeling of Electrical Networks  77
  4-3  Modeling of Mechanical Systems Elements  80
  4-3-1  Translational Motion  80
  4-3-2  Rotational Motion  83
  4-3-3  Conversion Between Translational and
  Rotational Motions  85
  4-3-4  Gear Trains  86
  4-3-5  Backlash and Dead Zone (Nonlinear
  Characteristics)  88
  4-4  Equations of Mechanical Systems  89
  4-5  Sensors and Encoders in Control Systems  94
  4-5-1  Potentiometer  94
  4-5-2  Tachometers  99
  4-5-3  Incremental Encoder  100
  4-6  DC Motors in Control Systems  103
  4-6-1  Basic Operational Principles of DC
  Motors  104
  4-6-2  Basic Classifications of PM DC
  Motors  104
  4-6-3  Mathematical Modeling of PM DC
  Motors  107
  4-7  Linearization of Nonlinear Systems  110
  4-8  Systems with Transportation Lags (Time Delays)  114
  4-8-1  Approximation of the Time-Delay Function
  by Rational Functions 115
  4-9  A Sun-Seeker System  116
  4-9-1  Coordinate System  117
  4-9-2  Error Discriminator  117
  4-9-3  Op-Amp  118
  4-9-4  Servoamplifier  118
  4-9-5  Tachometer  118
  4-9-6  DC Motor  118
 4-10  MATLAB Tools and Case Studies  120
 4-11  Summary  120
 CHAPTER 5
State Variable Analysis  138
  5-1  Introduction  138
  5-2  Vector-Matrix Representation of State
  Equations  138
  5-3  State-Transition Matrix  140
  5-3-1  Significance of the State-Transition
  Matrix  141
  5-3-2  Properties of the State-Transition
  Matrix  142
  5-4  State-Transition Equation  143
  5-4-1  State-Transition Equation Determined from
  the State Diagram  145
  5-5  Relationship between State Equations and High-
  Order Differential Equations,  147
  5-6  Relationship between State Equations and Transfer
  Functions  149
  5-7  Characteristic Equations, Eigenvalues, and
  Eigenvectors  151
  5-7-1  Eigenvalues  152
  5-7-2  Eigenvectors  153
  5-8  Similarity Transformation  155
  5-8-1  Invariance Properties of the Similarity
  Transformations  156
  5-8-2  Controllability Canonical Form (CCF)  156
  5-8-3  Observability Canonical Form (OCF)  158
  5-8-4  Diagonal Canonical Form (DCF)  159
  5-8-5  Jordan Canonical Form (JCF)  160
  5-9  Decompositions of Transfer Functions  161
  5-9-1  Direct Decomposition  162
  5-9-2  Cascade Decomposition  166
  5-9-3  Parallel Decomposition  167
  5-10  Controllability of Control Systems  169
  5-10-1  General Concept of Controllability  170
  5-10-2  Definition of State Controllability 171
  5-10-3  Alternate Tests on Controllability  171
  5-11  Observability of Linear Systems  173
  5-11-1  Definition of Observability  173
  5-11-2  Alternate Tests on Observability  174
  5-12  Relationship Among Controllability, Observability,
  and Transfer Functions  175
  5-13  Invariant Theorems on Controllability and
  Observability  177
  5-14  A Final Illustrative Example: Magnetic-Ball
  Suspension System  178
  5-15  MATLAB Tools and Case Studies  181
  5-15-1  Description and Use of the State-Space
  Analysis Tool  182
  5-15-2  Description and Use of tfsym for State-
  Space Applications  189
  5-15-3  Another Example  189
 5-16  Summary  195
CHAPTER 6
Stability of Linear Control Systems  211
  6-1  Introduction  211
  6-2  Bounded-Input, Bounded-Output (BIBO) Stability--
  Continuous-Data Systems  212
  6-2-1  Relationship between Characteristic
  Equation Roots and Stability  212
  6-3  Zero-Input and Asymptotic Stability of Continuous-
  Data Systems  213
  6-4  Methods of Determining Stability  215
  6-5  Routh-Hurwitz Criterion  216
  6-5-1  Routh's Tabulation (1)  217
  6-5-2  Special Cases When Routh's Tabulation
  Terminates Prematurely  219
  6-6  MATLAB Tools and Case Studies  222
  6-7  Summary  226
 CHAPTER 7
Time-Domain Analysis of Control
Systems 233
  7-1  Time Response of Continuous-Data Systems:
  Introduction  233
  7-2  Typical Test Signals for the Time Response of
  Control Systems  234
  7-3  The Unit-Step Response and Time-Domain
  Specifications  236
  7-4  Steady-State Error 237
  7-4-1  Steady-State Error of Linear Continuous-
  Data Control Systems  237
  7-4-2  Steady-State Error Caused by Nonlinear
  System Elements  249
  7-5  Time Response of a First-Order System  251
  7-5-1  Speed Control of a DC Motor  251
  7-6  Transient Response of a Prototype Second-Order
  System  253
  7-6-1  Damping Ratio and Damping Factor  253
  7-6-2  Natural Undamped Frequency  255
  7-6-3  Maximum Overshoot  257
  7-6-4  Delay Time and Rise Time  259
  7-6-5  Settling Time  261
  7-7  Time,Domain Analysis of a Position-Control
  System  265
  7-7-1  Unit-Step Transient Response  268
  7-7-2  The Steady-State Response  271
  7-7-3  Time Response to a Unit-Ramp
  Input  271
  7-7-4  Time Response of a Third-Order
  System  273
  7-8  Effects of Adding Poles and Zeros to Transfer
  Functions  276
  7-8-1  Addition of a Pole to the Forward-Path
  Transfer Function: Unity-Feedback
  Systems  276
  7-8-2  Addition of a Pole to the Closed-Loop
  Transfer Function  277
  7-8-3  Addition of a Zero to the Closed-Loop
  Transfer Function  279
  7-8-4  Addition of a Zero to the Forward-Path
  Transfer Function: Unity-Feedback
  Systems  280
  7-9  Dominant Poles of Transfer Functions 281
  7-9-1  The Relative Damping Ratio  282
  7-9-2  The Proper Way of Neglecting the
  Insignificant Poles with Consideration
  of the Steady-State Response  282
 7-10  The Approximation of High-Order Systems by Low-
  Order System the Formal Approach  283
  7-10-1 Approximation Criterion  284
 7-11  MATLAB Tools and Case Studies  293
 7-12  Summary  307
 CHAPTEF 8
Root-Locus Technique  318
  8-1  Introduction  318
  8-2  Basic Properties of the Root Loci (RL)  319
  8-3  Properties of the Root Loci  323
  8-3-1  K = 0 and K = _+c, Points  323
  8-3-2  Number of Branches on the Root
  Loci  324
  8-3-3  Symmetry of the RL  324
  8-3-4  Angles of Asymptotes of the RL: Behavior
  of theRLatls]= ~  324
  8-3-5  Intersect of the Asymptotes (Centroid)  325
  8-3-6  Root Loci on the Real Axis  325
  8-3-7  Angles of Departure and Angles of Arrival
  of the RL  325
  8-3-8  Intersection of the RL with the Imaginary
  Axis  326
  8-3-9  Breakaway Points (Saddle Points) on the
  RL 326
  8-3-10  The Root Sensitivity [17, 18, 19]  326
  8-4  Design Aspects of the Root Loci  330
  8-4-1  Effects of Adding Poles and Zeros to
  G(s)H(s).  330
  8-5 Root Contours (RC): Multiple-Parameter
  Variation  336
  8-6  Root Locus with the MATLAB Toolbox  342
  8-7  Summary  345
CHAPTER 9
Frequency-Domain Analysis  352
  9-1  Introduction  352
  9-1-1  Frequency Response of Closed-Loop
  Systems  353
  9-1-2  Frequency-Domain Specifications  355
  9-2  Mr, mr, and Bandwidth of the Prototype Second-
  Order System  356
  9-2-1  Resonant Peak and Resonant
  Frequency  356
  9-2-2  Bandwidth  358
  9-3  Effects of Adding a Zero to the Forward-Path
  Transfer Function  360
  9-4  Effects of Adding a Pole to the Forward-Path
  Transfer Function  364
  9-5  Nyquist Stability Criterion: Fundamentals  365
  9-5-1  Stability Problem  366
  9-5-2  Definition of Encircled and
  Enclosed  366
  9-5-3  Number of Encirclements and
  Enclosures  367
  9-5-4  Principle of the Argument  368
  9-5-5  Nyquist Path  372
  9-5-6  Nyquist Criterion and the L(s) or the
  G(s)H(s) plot  373
  9-6  Nyquist Criterion for Systems with Minimum-Phase
  Transfer Functions  374
  9-6-1  Application of the Nyquist Cri~terion to
  Minimum-Phase Transfer Functions that
  Are Not Strictly Proper  375
  9-7  Relation Between the Root Loci and the Nyquist
  Plot 376
  9-8  Illustrative Examples: Nyquist Criterion.for
  Minimum-Phase Transfer Functions  378
  9-9  Effects of Addition of Poles and Zeros to L(s) on the
  Shape of the Nyquist Plot  382
 9-10  Relative Stability: Gain Margin and Phase
  Margin  386
  9-10-1  Gain Margin (GM)  388
  9-10-2  Phase Margin (PM)  389
 9-11  Stability Analysis with the Bode Plot  392
  9-11-1  Bode Plots of Systems with Pure Time
  Delays  394
 9-12  Relative Stability Related to the Slope of the
  Magnitude Curve of the Bode Plot  396
  9-12-1  Conditionally Stable System  396
9-13  Stability Analysis with the Magnitude-Phase
  Plot 399
 9-14  Constant-M Loci in the Magnitude-Phase Plane: The
  Nichols Chart  400
 9-15  Nichols Chart Applied to Nonunity-Feedback
  Systems  406
 9-16  Sensitivity Studies in the Frequency Domain  407
 9-17  MATLAB Tools and Case Studies  409
 9-18  Summary  421
 CHAPTER t0
Design of Control Systems  433
 10-1  Introduction  433
  10-1-1  Design Specifications  433
  10-1-2  Controller Configurations  435
  10-1-3  Fundamental Principles of Design  437
 10-2  Design with the PD Controller 438
  10-2-1  Time-Domain Interpretation of PD
  Control  440
  10-2-2  Frequency-Domain Interpretation of PD
  Control  442
  10-2-3  Summary of Effects of PD Control  442
 10-3  Design with the PI Controller  454
  10-3-1  Time-Domain Interpretation and Design of
  PI Control  456
  10-3-2  Frequency-Domain Interpretation and
  Design of PI Control  456
 10-4  Design with the PID Controller  468
 10-5  Design with Phase-Lead Controller  471
  10-5-1  Time-Domain Interpretation and Design of
  Phase-Lead Control  473
  10-5-2  Frequency-Domain Interpretation and
  Design of Phase-Lead Control  474
  10-5-3  Effects of Phase-Lead
  Compensation  489
  10-5-4  Limitations of Single-Stage Phase-Lead
  Control  489
  10-5-5  Multistage Phase-Lead Controller  489
  10-5-6  Sensitivity Considerations  493
  10-6  Design with Phase-Lag Controller  494
  10-6-1  Time-Domain Interpretation and Design of
  Phase-Lag Control  494
  10-6-2  Frequency-Domain Interpretation and
  Design of Phase-Lag Control  496
  10-6-3  Effects and Limitations of Phase-Lag
  Control  506
  10-7  Design with Lead-Lag Controller  507
  10-8  Pole-Zero Cancellation Design: Notch Filter  508
  10-8-1  Second-Order Active Filter  511
  10-8-2  Frequency-Domain Interpretation and
  Design  512
  10-9  Forward and Feedforward Controllers  520
  10-10  Design of Robust Control Systems  521
  10-11  Minor-Loop Feedback Control  530
  10-11-1  Rate-Feedback or Tachometer-Feedback
  Control  531
  10-11-2  Minor-Loop Feedback Control with Active
  Filter 532
  10-12  State-Feedback Control  534
  10-13  Pole-Placement Design through State
  Feedback  535
  10-14  State Feedback with Integral Control  540
  10-15  MATLAB Tools and Case Studies  545
  10-16  Summary  558
 CHAPTE 10
The Virtual Lab 578
  11-1  Introduction  578
  11-2  Important Aspects in the Response of a DC
  Motor  579
  11-2-1  Speed Response and the Effects of
  Inductance and Disturbance-Open Loop
  Response  579
  11-2-2  Speed Control of DC Motors: Closed-Loop
  Response  581
  11-2-3  Position Control  582
  11-3  Description of the Virtual Experimental
  System 583
  11-3-1  Motor  584
  11-3-2  Position Sensor or Speed Sensor  584
  11-3-3  Power Amplifier  584
  11-3-4  Interface  584
  11-4  Description of SIMLab and Virtual Lab
  Software  585
  11-5  Simulation and Virtual Experiments  589
  11-5-1  Open-Loop Speed  589
  11-5-2  Open-Loop Sine Input  591
  11-5-3  Speed Control  593
  11-5-4  Position Control  596
  11-6  Design Project  598
  11-7  Summary  603
 iNDEX  606
Complex Variable Theory CD-ROM
 APPENDX B
Differential and Difference Equations  CD-ROM
Elementary Matrix Theory and Algebra  CD-ROM
 APPENDlX D
Laplace Transform Table  CD-ROM
Operational Amplifiers  CD-ROM
APPENDIX
Properties and Construction of the Root
Loci CD-ROM
 APPENDIX, G
Frequency-Domain Plots  CD-ROM
 APPENDIX H
General Nyquist Criterion  CD-ROM
  APPENDIX.
Discrete-Data Control Systems  CD-ROM
 APPENDIX J
z-Transform Table  CD-ROM
 APPENDIX K
ACSYS 2002: Description of the Software  CD-ROM
 ANSWERS TO SELECTED PROBLEm, S  CD-ROM
猜您喜欢

读书导航