《控制理論基礎》是2008年1月1日高等教育出版社出版的圖書，作者是張慶靈、張雪峰、翟丁。
基本介紹
- 書名：控制理論基礎
- 作者：張慶靈、張雪峰、翟丁
- ISBN：9787040226669
- 類別：圖書 > 教材教輔 > 大學教材
- 頁數：413
- 出版社：高等教育出版社
- 出版時間：2008年1月1日
- 裝幀：平裝
- 開本：16開
- 版次：1
圖書信息1,內容簡介,目錄,圖書信息2,內容簡介,目錄,
圖書信息1
內容簡介
《控制理論基礎》介紹了古典控制以及現代控制方面的一些基本理論，對一些理論給出了詳細的證明，並給出了適當的擴展。在保持理論的完整性和系統性的前提下，做到理論緊密聯繫實際，融合了MATLAB軟體包，書中大量的計算題給出了MATLAB的求解方法。為使讀者能夠比較熟練地掌握這門課，《控制理論基礎》除列舉了豐富的例子之外，還在各章的後面配備了適當的習題。
《控制理論基礎》可作為信息與計算科學專業、數學與套用數學專業教材，也可作為理工科其他相關專業控制理論教材，還可供科學工作者和工程技術人員學習參考。
目錄
第1章 控制理論基礎概述
1.1 概述
1.2 控制理論的發展過程
1.3 控制系統的基本構成
1.4 控制系統的基本要求
1.5 線性系統理論的研究對象
1.6 線性系統理論的主要任務
1.7 本書的結構
1.8 習題
第2章 古典控制介紹
2.1 幾種常見的傳遞函式
2.1.1 典型反饋系統的幾種傳遞函式
2.1.2 幾類典型環節的傳遞函式
2.2 系統方塊圖
2.2.1 方塊圖的概述及繪製
2.2.2 方塊圖的等效變換
2.3 系統的時域分析
2.3.1 階躍回響性能指標
2.3.2 一階系統瞬態性能指標
2.3.3 二階系統瞬態性能分析
2.4 系統的頻率分析
2.4.1 頻率特性的基本概念
2.4.2 頻率特性的表示法及基本環節的頻率特性
2.5 習題
第3章 線性系統的數學描述
3.1 連續系統的輸入-輸出描述法
3.1.1 基本定義
3.1.2 狀態空間表達式以及矩陣向量表示的一般形式
3.2 結構圖
3.2.1 多輸入-多輸出系統的方塊圖
3.2.2 狀態空間表達式的狀態變數圖
3.3 狀態空間表達式的建立
3.3.1 由物理系統的機理直接建立狀態空間表達式
3.3.2 由高階微分方程化為狀態方程
3.3.3 由傳遞函式建立狀態空間表達式
3.4 傳遞函式矩陣
3.4.1 單輸入-單輸出系統
3.4.2 多輸入-多輸出系統
3.5 組合系統的狀態空間表
3.5.1 並聯聯結
3.5.2 串聯聯結
3.5.3 反饋聯結
3.6 線性變換
3.6.1 系統狀態的線性變換
3.6.2 把狀態方程變換為對角標準形
3.6.3 狀態方程化為若爾當標準形
3.6.4 狀態變換前後系統的不變性
3.7 習題
第4章 線性系統的運動分析
4.1 狀態轉移矩陣
4.1.1 狀態轉移矩陣的定義
4.1.2 狀態轉移矩陣的性質
4.2 線性定常系統的運動分析
4.2.1 矩陣指數函式
4.2.2 矩陣指數函式的計算
4.2.3 線性定常系統的整體回響
4.3 線性時變系統的運動分析
4.3.1 時變線性系統的整體回響
4.3.2 時變系統齊次狀態方程的解
4.4 脈衝回響矩陣
4.4.1 單變數情形的簡單回顧
4.4.2 脈衝回響矩陣的定義與系統的輸出回響
4.4.3 狀態空間模型的脈衝回響矩陣
4.4.4 脈衝回響矩陣與傳遞函式矩陣
4.5 線性系統的離散化
4.5.1 線性定常系統的離散化
4.5.2 線性時變系統的離散化
4.6 離散時間系統狀態方程的解
4.6.1 遞推法
4.6.2 z變換法
4.7 習題
第5章 線性系統的能控性和能觀性
5.1 能控性和能觀性的定義
5.1.1 問題的提出
5.1.2 能控性的定義
5.1.3 能觀性的定義
5.2 線性時變系統的能控性判據
5.2.1 格拉姆矩陣判據
5.2.2 基於狀態轉移矩陣的判據
5.2.3 基於系統參數矩陣的判據
5.3 線性定常系統的能控性判據
5.3.1 定常系統能控性的特殊性
5.3.2 能控性矩陣判據
5.3.3 PBH判據
5.4 對偶原理與能觀性判據
5.4.1 格拉姆矩陣判據
5.4.2 對偶原理
5.4.3 能觀性判據
5.5 線性系統的能控、能觀性指數
5.5.1 線性系統的能控性指數
5.5.2 線性系統的能觀性指數
5.6 單輸入-單輸出線性系統的能控/能觀規範型
5.6.1 單輸入-單輸出線性系統的能控規範型
5.6.2 單輸入-單輸出線性系統的能觀規範型
5.7 多輸入-多輸出線性系統的能控/能觀規範型
5.7.1 兩種搜尋方案
5.7.2 多輸入-多輸出系統的旺哈姆能控規範型
5.7.3 龍伯格能控規範型
5.7.4 線性系統的能觀規範型
5.8 線性系統的結構分解
5.8.1 能控性和能觀性線上性非奇異變換下的屬性
5.8.2 線性定常系統按能控性的結構分解
5.8.3 線性定常系統按能觀性的結構分解
5.8.4 線性定常系統結構的規範分解
5.9 習題
第6章 系統運動的穩定性
6.1 穩定性的基本概念
6.2 穩定性判據
6.2.1 勞斯穩定判據
6.2.2 根軌跡法
6.2.3 奈奎斯特穩定判據
6.3 李雅普諾夫穩定性理論
6.3.1 李雅普諾夫第一方法
6.3.2 李雅普諾夫第二方法
6.4 李雅普諾夫方法線上性系統中的套用
6.5 李雅普諾夫方法在非線性系統中的套用
6.5.1 克拉索夫斯基判別法
6.5.2 變數梯度法
6.6 外部穩定性和內部穩定性
6.6.1 外部穩定性
6.6.2 內部穩定性
6.6.3 內部穩定性與外部穩定性的關係
6.7 習題
第7章 狀態反饋與極點配置
7.1 狀態反饋的定義及其性質
7.2 極點配置
7.2.1 關於極點配置的定理
7.2.2 關於極點配置的方法
7.2.3 多輸入系統的極點配置
7.2.4 根軌跡問題
7.3 狀態反饋鎮定
7.4 套用狀態反饋實現解耦控制
7.4.1 問題的提出
7.4.2 實現解耦控制的條件和主要結論
7.4.3 算法和結論
7.5 夭於線性時變系統的狀態反饋
7.6 輸出反饋與極點配置
7.6.1 定常線性輸出反饋控制律
7.6.2 線性定常輸出動態補償器
7.6.3 輸出反饋的極點配置
7.6.4 狀態反饋和輸出反饋的比較
7.7 習題
第8章 狀態觀測器設計
8.1 狀態觀測器存在的條件
8.2 全維狀態觀測器
8.3 降維狀態觀測器
8.4 帶狀態觀測器的反饋系統
8.5 用MATLAB設計狀態觀測器
8.6 習題
第9章 最優控制理論
9.1 求解最優控制的變分法
9.1.1 泛函與變分基礎
9.1.2 歐拉方程
9.1.3 條件極值
9.1.4 最優控制問題的變分解法
9.2 線性二次型性能指標的最優控制
9.2.1 問題提法
9.2.2 狀態調節器
9.2.3 定常系統
9.2.4 輸出調節器
9.2.5 跟蹤問題
9.2.6 二次型最優控制問題的MATLAB解法
9.3 習題
第10章 卡爾曼濾波
10.1 隨機系統
10.1.1 隨機過程
10.1.2 平穩隨機過程
10.1.3 線性估計問題
10.1.4 最小二乘估計
10.1.5 線性最小方差估計
10.1.6 隨機連續系統的狀態空間描述
10.1.7 隨機離散系統的狀態空間描述
10.1.8 由離散系統的極限情況求連續系統的狀態空間描述
10.2 卡爾曼濾波的基本思想
10.3 正交投影
10.4 離散系統的卡爾曼濾波
10.4.1 卡爾曼濾波原理--遞推公式
10.4.2 卡爾曼濾波公式的證明
10.5 有色噪聲情況下線性系統的濾波
10.6 連續時間系統的卡爾曼濾波
10.7 隨機線性系統的最優控制
10.8 習題
附錄 數學基礎
A.1 集合和線性空間
A.1.1 集合的定義
A.1.2 線性空間的定義
A.2 向量範數
A.3 矩陣
A.3.1 矩陣中的基本概念
A.3.2 矩陣範數的概念
A.3.3 誘導範數
A.4 線性變換及其矩陣表達式和範數
A.5 矩陣微分法
A.5.1 相對於數量變數的微分法
A.5.2 相對於向量的微分法
A.5.3 複合函式微分法
A.5.4 矩陣與矩陣間的微分關係
A.5.5 最小二乘估計
A.6 拉普拉斯變換
A.6.1 常見函式的拉普拉斯變換
A.6.2 幾個重要的定理
A.6.3 卷積積分
A.7 正定函式
A.8 多項式矩陣
A.8.1 基本概念
A.8.2 初等變換
A.9 若爾當分解
A.10 互質性
參考文獻
圖書信息2
書名：控制理論基礎
書號：9787302189749
作者：陸文、黃曉波、周志峰、胡秀娟
定價：22元
出版日期：2008-12-1
出版社：清華大學出版社
內容簡介
本書是為機械工程類專業本科學生編寫的教材，主要是研究單輸入-單輸出線性定常系統的分析和設計問題，其理論基礎是描述系統輸入-輸出關係的傳遞函式的經典控制理論。全書內容包括控制理論的概述、控制系統的微分方程、傳遞函式、時間回響、穩定性分析、誤差計算、根軌跡分析法、頻率回響法及校正等。本書注重對自動控制的基本內容、基本概念、基本理論和基本分析方法的闡述，深入淺出，重點突出，便於學生自學。
目錄
1 概述1
1.1 簡況1
1.2 自動控制的基本方式2
1.2.1 開環控制2
1.2.2 閉環控制3
1.2.3 閉環控制的組成4
1.3 自動控制系統的工作原理5
1.3.1 速度控制系統5
1.3.2 水位控制系統6
1.3.3 位置隨動系統7
1.4 對控制系統的性能要求8
1.4.1 穩定性8
1.4.2 快速性9
1.4.3 精確性9
習題1 10
2 控制系統的微分方程12
2.1 建立系統微分方程的一般方法和步驟12
2.1.1 微分方程的一般特徵12
2.1.2 建立微分方程的一般步驟13
2.1.3 理想元件的微分方程描述13
2.1.4 機械系統的微分方程14
2.1.5 電氣系統的微分方程16
2.1.6 機電系統的微分方程17
2.2 線性系統及其齊次性和疊加性18
2.2.1 線性系統18
2.2.2 線性系統的齊次性18
2.2.3 線性系統的疊加性19
2.3 非線性數學模型線性化20
2.3.1 線性化的基本概念20
2.3.2 小偏差線性化20
2.3.3 線性化的數學意義和步驟20
習題2 21
3 傳遞函式23
3.1 數學工具--拉普拉斯變換與反變換23
3.1.1 拉氏變換的基本概念23
3.1.2 拉氏變換基本定理25
3.1.3 拉氏反變換30
3.1.4 拉氏變換套用舉例31
3.2 傳遞函式33
3.2.1 傳遞函式的定義和性質33
3.2.2 傳遞函式的零點和極點34
3.2.3 典型環節的分類34
3.2.4 典型環節的傳遞函式36
3.3 系統方塊圖及其傳遞函式39
3.3.1 方塊圖的組成 40
3.3.2 方塊圖的繪製40
3.3.3 利用方塊圖的簡化求取系統的傳遞函式42
3.3.4 利用梅遜公式求取系統的傳遞函式46
3.4 控制系統的傳遞函式50
3.4.1 系統的開環傳遞函式50
3.4.2 閉環系統的傳遞函式50
3.4.3 閉環系統的偏差傳遞函式51
習題3 52
4 時間回響分析55
4.1 時間回響及其性能指標55
4.1.1 時間回響的概念55
4.1.2 典型信號的時間回響56
4.1.3 任意輸入函式作用下的系統回響57
4.1.4 時間回響的性能指標58
4.2 一階系統的時間回響59
4.2.1 單位階躍回響59
4.2.2 單位斜坡回響60
4.2.3 單位脈衝回響60
4.3 二階系統的時間回響61
4.3.1 單位階躍回響62
4.3.2 單位斜坡回響68
4.3.3 單位脈衝回響69
4.4 高階系統的時間回響73
4.4.1 三階系統的單位階躍回響73
4.4.2 高階系統的主導極點74
4.4.3 高階系統的時間回響分析75
習題4 77
5 控制系統的穩定性及其時域判據78
5.1 穩定性的概念及系統穩定的條件78
5.1.1 穩定性的概念78
5.1.2 系統穩定的條件78
5.2 系統穩定性的時域判據80
5.2.1 羅斯判據80
5.2.2 霍爾維茨判據84
5.3 結構性不穩定系統86
習題5 87
6 控制系統的穩態誤差88
6.1 偏差、誤差和穩態誤差的概念88
6.1.1 偏差、誤差88
6.1.2 穩態誤差89
6.2 穩態誤差的計算89
6.2.1 利用終值定理求取穩態誤差89
6.2.2 利用動態誤差係數求取穩態誤差94
6.3 干擾作用下系統的穩態誤差計算96
6.4 降低穩態誤差的主要措施97
習題6 98
7 根軌跡分析法100
7.1 根軌跡的概念100
7.1.1 根軌跡100
7.1.2 根軌跡方程101
7.2 根軌跡的基本規則102
7.3 繪製根軌跡107
7.4 根軌跡的分析109
習題7 111
8 頻率回響法112
8.1 頻率回響的基本概念 112
8.2 奈魁斯特圖115
8.2.1 典型環節的奈魁斯特圖115
8.2.2 系統的開環奈魁斯特圖119
8.3 波德圖121
8.3.1 對數幅頻特性和對數相頻特性121
8.3.2 典型環節的波德圖123
8.3.3 系統的開環波德圖128
8.3.4 最小相位傳遞函式130
8.3.5 實驗確定傳遞函式131
8.4 頻域穩定性判據133
8.4.1 奈魁斯特穩定判據133
8.4.2 波德穩定判據139
8.5 控制系統的穩定裕量140
8.5.1 相位裕量140
8.5.2 幅值裕量140
8.5.3 穩定裕量的計算141
8.6 控制系統的閉環頻率特性143
8.6.1 等M圓圖144
8.6.2 等N圓圖145
8.6.3 利用等M圓和等N圓圖求系統閉環頻率特性145
8.7 頻域性能指標與時域性能指標的關係147
8.7.1 閉環頻域性能指標與時域性能指標的關係147
8.7.2 開環頻域性能指標與動態性能指標的關係148
8.7.3 開環波德圖與時域性能指標的關係149
習題8 151
9 控制系統的校正154
9.1 串聯校正155
9.1.1 基本控制規律155
9.1.2 相位超前校正161
9.1.3 相位滯後校正164
9.1.4 相位滯後-超前校正167
9.2 反饋校正168
習題9 170
參考文獻172
