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自动控制理论及工程应用
作者：张聚 著
出版社：电子工业出版社
出版时间：2015-01-01
ISBN：9787121249969
定价：¥38.00
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内容简介
本书在介绍自动控制理论和基于MATLAB的控制系统仿真技术基础上，结合三自由度直升机控制系统的建模、仿真、控制和硬件在回路（HIL）实验，系统地介绍控制理论与MATLAB实时控制技术在控制系统实例中的应用。主要内容包括：自动控制的基本概念、数学基础、控制系统的数学模型、控制系统的运动响应分析、控制系统的运动性能分析、控制系统的校正、控制系统综合应用实例、控制系统的计算机辅助分析与设计、三自由度直升机系统半实物仿真与实时控制等。本书提供电子课件、习题参考答案和仿真程序源代码。
作者简介
张聚，浙江工业大学信息工程学院教授。持国家自然科学基金项目1项，浙江省自然科学基金项目1项，浙江省教育厅科研项目1项，并参与完成多项国家自然科学基金项目，国家863项目和浙江省重大、重点科研项目。
目录
目 录
第1章 自动控制的基本概念\t1
1．1 概述\t1
1．2 反馈控制的概念及特点\t1
1．3 典型自动控制系统的组成及工作原理\t2
1．4 自动控制系统的性能要求\t4
第2章 数学基础――拉普拉斯变换\t5
2．1 拉氏变换的基本概念\t5
2．2 拉氏变换的主要运算定理\t9
2．3 拉氏变换应用举例\t14
第3章 控制系统的数学模型\t20
3．1 微分方程模型\t20
3．2 传递函数模型\t25
3．3 结构框图模型\t31
3．3．1 结构框图的基本概念\t31
3．3．2 结构框图的等效变换\t32
3．4 控制系统数学模型参数的实验确定\t35
3．4．1 引言\t35
3．4．2 简单二阶系统阶跃响应\t36
3．4．3 一种新的辨识方法\t41
3．5 状态空间模型\t47
3．5．1 引言\t47
3．5．2 状态与状态空间的概念\t48
3．5．3 状态与状态空间的概念系统的状态空间描述\t48
3．5．4 线性系统的状态空间表达式\t53
3．5．5 状态方程的线性变换\t54
第4章 控制系统的运动响应分析\t57
4．1 典型输入一阶系统的运动响应分析\t57
4．2 典型输入二阶系统的运动响应分析\t58
4．3 高阶系统的运动响应分析\t62
4．4 控制系统的频率特性\t63
4．4．1 对数频率特性（Bode图）\t63
4．4．2 幅相频率特性（Nyquist图）\t70
第5章 控制系统的运动性能分析\t74
5．1 控制系统的运动性能分析\t74
5．1．1 稳定的充要条件\t74
5．1．2 稳定性分析判据\t75
5．1．3 稳定裕度\t78
5．1．4 稳定裕度的计算\t79
5．2 控制系统的稳态性能（控制精度）分析\t80
5．2．1 稳态误差的定义\t80
5．2．2 稳态误差的分析与计算\t81
5．2．3 稳态误差的影响因素（减小稳态误差的方法）\t85
小结\t86
5．3 控制系统的暂态性能（响应速度）分析\t87
5．3．1 暂态性能指标\t87
5．3．2 一阶系统的性能指标计算\t88
5．3．3 二阶欠阻尼系统的性能指标计算\t88
第6章 控制系统的校正\t91
6．1 校正装置\t91
6．1．1 超前校正网络及其特性\t91
6．1．2 滞后校正网络及其特性\t93
6．1．3 滞后-超前校正网络及其特性\t95
6．2 串联PID校正（基于频域方法）\t96
6．2．1 比例微分（PD）控制\t97
6．2．2 比例积分（PI）控制\t97
6．2．3 比例积分微分（PID）控制\t97
6．3 反馈校正\t100
6．4 反馈和前馈复合校正\t100
第7章 控制系统综合应用实例\t102
7．1 概述\t102
7．2 实验设备\t102
7．3 模型辨识\t103
7．3．1 滚筒系统的传递函数\t103
7．3．2 带滚筒系统的传递函数\t106
7．4 补偿控制器设计与实现\t110
7．4．1 积分控制\t111
7．4．2 比例-积分控制\t114
第8章 控制系统的计算机辅助分析与设计\t115
8．1 MATLAB简介\t115
8．1．1 操作界面介绍\t116
8．1．2 帮助系统\t117
8．1．3 工具箱\t119
8．2 MATLAB基本使用方法\t120
8．2．1 基本要素\t120
8．2．2 应用基础\t122
8．2．3 数值运算\t126
8．2．4 符号运算\t130
8．2．5 图形表达功能\t134
8．2．6 程序设计基础\t142
8．3 基于MATLAB控制系统的数学模型分析\t145
8．3．1 数学模型的建立\t145
8．3．2 数学模型的转换\t153
8．3．3 数学模型的连接\t158
8．4 基于MATLAB控制系统的运动响应分析\t160
8．4．1 零输入响应分析\t160
8．4．2 脉冲输入响应分析\t162
8．4．3 阶跃输入响应分析\t163
8．4．4 任意输入响应分析\t165
8．4．5 根轨迹分析方法\t167
8．4．6 控制系统的频率特性\t170
8．5 基于MATLAB控制系统的运动性能分析\t174
8．5．1 控制系统的稳定性分析\t174
8．5．2 控制系统的稳态性能分析\t179
8．5．3 控制系统的动态性能分析\t180
8．6 基于Simulink控制系统的建模与仿真\t182
8．6．1 Simulink模块库\t182
8．6．2 Simulink的基本操作\t191
8．6．3 Simulink建模与仿真\t192
8．7 基于MATLAB控制系统的校正\t197
8．7．1 PID控制器\t197
8．7．2 超前校正\t200
8．7．3 滞后校正\t202
8．7．4 SISO设计工具\t204
第9章 三自由度直升机系统半实物仿真与实时控制\t212
9．1 Quanser三自由度直升机的系统结构和数学模型\t212
9．2 PID控制器设计\t215
9．3 数值仿真\t216
9．4 半实物仿真与实时控制\t221
9．4．1 半实物仿真系统\t221
9．4．2 主动干扰系统（Active Disturbance System，ADS）\t222
9．4．3 含主动干扰系统（ADS）\t225
9．5 半实物仿真实验结果\t230
9．5．1 主动干扰系统（ADS）\t230
9．5．2 含主动干扰系统（ADS）\t232
参考文献\t236
第1章 自动控制的基本概念\t1
1．1 概述\t1
1．2 反馈控制的概念及特点\t1
1．3 典型自动控制系统的组成及工作原理\t2
1．4 自动控制系统的性能要求\t4
第2章 数学基础――拉普拉斯变换\t5
2．1 拉氏变换的基本概念\t5
2．2 拉氏变换的主要运算定理\t9
2．3 拉氏变换应用举例\t14
第3章 控制系统的数学模型\t20
3．1 微分方程模型\t20
3．2 传递函数模型\t25
3．3 结构框图模型\t31
3．3．1 结构框图的基本概念\t31
3．3．2 结构框图的等效变换\t32
3．4 控制系统数学模型参数的实验确定\t35
3．4．1 引言\t35
3．4．2 简单二阶系统阶跃响应\t36
3．4．3 一种新的辨识方法\t41
3．5 状态空间模型\t47
3．5．1 引言\t47
3．5．2 状态与状态空间的概念\t48
3．5．3 状态与状态空间的概念系统的状态空间描述\t48
3．5．4 线性系统的状态空间表达式\t53
3．5．5 状态方程的线性变换\t54
第4章 控制系统的运动响应分析\t57
4．1 典型输入一阶系统的运动响应分析\t57
4．2 典型输入二阶系统的运动响应分析\t58
4．3 高阶系统的运动响应分析\t62
4．4 控制系统的频率特性\t63
4．4．1 对数频率特性（Bode图）\t63
4．4．2 幅相频率特性（Nyquist图）\t70
第5章 控制系统的运动性能分析\t74
5．1 控制系统的运动性能分析\t74
5．1．1 稳定的充要条件\t74
5．1．2 稳定性分析判据\t75
5．1．3 稳定裕度\t78
5．1．4 稳定裕度的计算\t79
5．2 控制系统的稳态性能（控制精度）分析\t80
5．2．1 稳态误差的定义\t80
5．2．2 稳态误差的分析与计算\t81
5．2．3 稳态误差的影响因素（减小稳态误差的方法）\t85
小结\t86
5．3 控制系统的暂态性能（响应速度）分析\t87
5．3．1 暂态性能指标\t87
5．3．2 一阶系统的性能指标计算\t88
5．3．3 二阶欠阻尼系统的性能指标计算\t88
第6章 控制系统的校正\t91
6．1 校正装置\t91
6．1．1 超前校正网络及其特性\t91
6．1．2 滞后校正网络及其特性\t93
6．1．3 滞后-超前校正网络及其特性\t95
6．2 串联PID校正（基于频域方法）\t96
6．2．1 比例微分（PD）控制\t97
6．2．2 比例积分（PI）控制\t97
6．2．3 比例积分微分（PID）控制\t97
6．3 反馈校正\t100
6．4 反馈和前馈复合校正\t100
第7章 控制系统综合应用实例\t102
7．1 概述\t102
7．2 实验设备\t102
7．3 模型辨识\t103
7．3．1 滚筒系统的传递函数\t103
7．3．2 带滚筒系统的传递函数\t106
7．4 补偿控制器设计与实现\t110
7．4．1 积分控制\t111
7．4．2 比例-积分控制\t114
第8章 控制系统的计算机辅助分析与设计\t115
8．1 MATLAB简介\t115
8．1．1 操作界面介绍\t116
8．1．2 帮助系统\t117
8．1．3 工具箱\t119
8．2 MATLAB基本使用方法\t120
8．2．1 基本要素\t120
8．2．2 应用基础\t122
8．2．3 数值运算\t126
8．2．4 符号运算\t130
8．2．5 图形表达功能\t134
8．2．6 程序设计基础\t142
8．3 基于MATLAB控制系统的数学模型分析\t145
8．3．1 数学模型的建立\t145
8．3．2 数学模型的转换\t153
8．3．3 数学模型的连接\t158
8．4 基于MATLAB控制系统的运动响应分析\t160
8．4．1 零输入响应分析\t160
8．4．2 脉冲输入响应分析\t162
8．4．3 阶跃输入响应分析\t163
8．4．4 任意输入响应分析\t165
8．4．5 根轨迹分析方法\t167
8．4．6 控制系统的频率特性\t170
8．5 基于MATLAB控制系统的运动性能分析\t174
8．5．1 控制系统的稳定性分析\t174
8．5．2 控制系统的稳态性能分析\t179
8．5．3 控制系统的动态性能分析\t180
8．6 基于Simulink控制系统的建模与仿真\t182
8．6．1 Simulink模块库\t182
8．6．2 Simulink的基本操作\t191
8．6．3 Simulink建模与仿真\t192
8．7 基于MATLAB控制系统的校正\t197
8．7．1 PID控制器\t197
8．7．2 超前校正\t200
8．7．3 滞后校正\t202
8．7．4 SISO设计工具\t204
第9章 三自由度直升机系统半实物仿真与实时控制\t212
9．1 Quanser三自由度直升机的系统结构和数学模型\t212
9．2 PID控制器设计\t215
9．3 数值仿真\t216
9．4 半实物仿真与实时控制\t221
9．4．1 半实物仿真系统\t221
9．4．2 主动干扰系统（Active Disturbance System，ADS）\t222
9．4．3 含主动干扰系统（ADS）\t225
9．5 半实物仿真实验结果\t230
9．5．1 主动干扰系统（ADS）\t230
9．5．2 含主动干扰系统（ADS）\t232
参考文献\t236
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