动态系统建模与控制

第1章入门知识1
1.1简介1
1.2模型2
1.3开环系统2
1.4反馈控制3
反馈控制示例3
1.5闭环系统的一般表示5
1.6从模型的角度分析系统5
1.7稳定系统与非稳定系统6
稳定系统和非稳定系统的示例7
1.8控制工程师的作用8
1.9小结9
1.10思考题10
1.11复习题10
第2章动态系统的数学背景13
2.1历史观点13
2.2简介13
2.3运算14
2.4微分方程16
2.5量纲一致18
2.6拉普拉斯变换20
2.7传递函数31
2.8框图32
2.9MATLAB/SIMULINK36
2.9.1模拟计算机36
2.9.2用SIMULINK解答微分
方程40
2.9.3用SIMULINK确定传递
函数的输出42
2.9.4不同的单位42
2.10小结43
2.11思考题43
2.12复习题43
第3章动态系统建模50
3.1历史观点50
3.2建模原则51
3.3表示数学模型的方法54
3.4教学建议56
3.5物理元件建模56
3.5.1类似点56
3.5.2across和through变量56
3.5.3分块元件和它们的基本
方程57
3.6电子系统58
3.7流体系统——液压59
3.8流体系统——气动62
3.9机械式直线型系统63
3.10机械式旋转系统65
3.11热系统65
3.12物理系统建模70
3.13电子系统建模74
3.14用SIMULINK获得用于分析或
模拟的传递函数81
3.15流体系统建模82
3.16气动系统建模83
3.17机械系统建模85
3.18热系统建模89
3.19混合系统建模90
3.20小结92
3.21思考题92
3.22复习题92第4章反馈控制100
4.1历史观点100
4.2定义、模型和反馈控制101
4.3系统的阶104
4.4直流电机：  开环和闭环系统
的比较107
4.5稳态误差分析112
4.6确定全反馈控制中的稳态
误差的过程116
4.7扰动造成的误差117
4.8总体误差119
4.9非全反馈系统的稳态误差119
4.10非线性119
4.11小结120
4.12思考题120
4.13复习题120
第5章稳定性和动态响应124
5.1简介124
5.2稳定性分析124
5.3Routh标准125
5.4小结132
5.5思考题132
5.6复习题132
目录ⅦⅥ动态系统建模与控制第6章时域性能特征135
6.1简介135
6.2极点位置135
6.3扰动系统以调查系统特征135
6.4一阶系统136
6.5一阶系统对阶跃输入的响应136
6.6用方波激励一阶系统138
6.7Tr和BW及τ之间的关系139
6.8二阶系统分类139
6.9二阶系统对阶跃输入的响应141
6.10主根145
6.11小结146
6.12思考题147
6.13复习题147
第7章根轨迹分析154
7.1历史154
7.2简介154
7.3根轨迹基本理论155
7.4GH(s)的正确表示法155
7.5传递函数因式的图形表示法156
7.5.1根的数量157
7.5.2实轴上的根轨迹段158
7.5.3根轨迹上的终点159
7.6简单示例160
7.7渐近线162
7.8根轨迹与实轴相交163
7.9渐近线形心165
7.10轨迹与虚轴相交166
7.11轨迹在复极点或0点的方向167
7.12绘制轨迹167
7.13在轨迹上定位根169
7.14增益以外的参数的根轨迹170
7.15通过根轨迹进行系统分析172
7.16各种极点－0点排列的典型
根轨迹集合173
7.17使用MATLAB绘制根
轨迹175
7.18根轨迹绘制规则总结175
7.19小结178
7.20思考题178
7.21复习题178
第8章频率响应分析181
8.1历史观点181
8.2简介181
8.3数学基础182
8.4返回到OLTF的原始表示法182
8.5对正弦信号输入的系统响应182
8.6频率响应图的应用182
8.7一阶系统响应184
8.8二阶系统响应185
8.9共振187
8.10绘制Bode图188
8.10.1建议用于幅度曲线的绘制
过程（普通计算方法）193
8.10.2更正渐近幅度曲线196
8.10.3角曲线196
8.11使用MATLAB获得Bode图198
8.12柯西的辐角原理198
8.13稳定性分析201
8.14非最小相位系统205
8.15相对稳定性（增益裕度和相位
裕度）206
8.16闭环频率响应207
8.17来自Bode图的稳定性和相对
稳定性208
8.18使用MATLAB获得GM和
PM209
8.19使用MATLAB获得Nyquist
图209
8.20Nichols坐标和Nichols图209
8.21使用MATLAB生成Nichols
图211
8.22各种方法的比较211
8.23小结212
8.24思考题212
8.25复习题213
第9章状态空间法简介218
9.1历史观点218
9.2简介218
9.3矩阵基础218
9.4动态系统表示法219
9.5将微分方程转换为状态空间220
9.6将传递函数转换为状态空间221
9.7使用状态空间建模223
9.8将SIMULINK框图转换为
状态空间223
9.9矩阵的秩225
9.10一阶微分方程的合并226
9.11使用MATLAB的变换过程227
9.12其他控制领域228
9.13小结229
9.14思考题229
9.15复习题229
第10章控制系统的设计231
10.1历史观点231
10.2简介232
10.3精度要求233
10.4对动态行为的要求233
10.5标准形式234
10.6回路中补偿器的位置237
10.7级联补偿的设计方法238
10.8使用代数进行设计239
10.9级联补偿的Bode图设计241
10.9.1Bode图级联设计——
超前补偿241
10.9.2Bode图级联设计——
滞后补偿249
10.10反馈补偿的Bode设计254
10.11反馈补偿的Bode
设计的图形法256
10.12超前补偿与滞后补偿的比较260
10.13使用根轨迹进行设计260
10.14分区262
10.15极点布置265
10.16使用状态变量进行极点布置267
10.17参数平面268
10.18PID控制器272
10.19ZieglerNichols方法274
10.20ZieglerNichols调整过程275
10.21对设定点求微分的意义279
10.22小结281
10.23思考题281
10.24复习题281
第11章用PLC硬件实现控制模式284
11.1简介284
11.2影响系统选择的因素284
11.3示例实现平台284
11.4对各种实现控制任务的方法
的比较286
11.5PLC简介287
11.6用PLC实现PID闭环控制291
11.6.1基本的控制术语292
11.6.2输入信号的类型和
范围293
11.6.3低通滤波293
11.6.4模拟信号的内部表示294
11.6.5综合的编程和监控
环境297
11.6.6调整参数303
11.6.7输入303
11.6.8输出303
11.6.9PID调整参数的选择304
11.7小结304
11.8思考题304
11.9复习题304
第12章数字控制系统简介307
12.1历史观点307
12.2简介307
12.3z变换308
12.4使用z变换捕获差分方程310
12.5零阶保持311
12.6连续到离散的传递函数转换312
12.7获得离散传递函数的后向
规则法（直接代换）313
12.8获得离散传递函数的后向
规则法（使用变换）315
12.9获得离散传递函数的拉普
拉斯变换法317
12.10其他近似方法319
Ⅷ动态系统建模与控制12.11使用MATLAB进行连续
到离散的转换320
12.12PID控制321
12.13将连续设计转换为离散
实现的过程321
12.14小结323
12.15思考题323
12.16复习题323
第13章实例研究：使用DC螺线管
的位置控制系统32513.1简介325
13.2过程概述325
13.3问题定义325
13.4驱动器的选择和实现326
13.5测试327
13.6建模327
13.7螺线管驱动器的选择328
13.8模型参数的确定和测量328
13.9模拟329
13.10控制器的选择（连续型设备）329
13.11最初的控制器设计：比例反馈329
13.12改进的设计：PD控制器329
13.13用数字控制器实现329
13.14小结329
13.15思考题330
附录ATr、BW和τ之间关系的推导331
附录BMATLAB基础333
B.1有用的命令334
B.2函数335
B.3脚本文件336
B.4函数文件337
B.5绘制SIMULINK模拟结果339
附录C用于渐进Bode幅度绘制的
MATLAB函数asymbode.m340
C.1程序清单340
C.2应用342
附录DAllenBradley的PID指令
（AllenBradley公司惠赠）343
D.1过程控制指令343
D.2 应用示例：PID调整360
附录EDC螺线管的特征362
附录F直流电机的制造厂家规格
（经Bodline电气公司许可）365
附录G开发你的创意组合的原则36810.9.2Bode图级联设计——滞后补偿