自动控制理论及工程应用
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作者张聚 编著
出版社电子工业出版社
ISBN9787121249969
出版时间2015-01
装帧平装
开本16开
定价38元
货号23646877
上书时间2024-10-31
商品详情
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前言
前 言
本书系统地论述自动控制理论、基于MATLAB的控制仿真技术以及三自由度直升机控制系统的仿真、控制和实验等内容。内容涉及控制理论、模型参数辨识、控制仿真技术、控制方法工具和工程实际控制应用案例。既介绍控制理论，也介绍控制系统的MATLAB/Simulink仿真，还介绍控制系统实例和实验；既有基于传递函数系统也有基于状态空间控制系统的介绍；既有一般性的仿真方法和技术介绍，也有具体的应用实例。
在本书中，以加拿大Quanser公司的三自由度直升机系统的建模、分析、仿真、实验、半实物实时控制平台等内容系统介绍控制理论与MATLAB实时控制技术在真实控制系统实例中的应用，讨论控制的作用和效果，做到理论、仿真和实验统一，对象实物、控制工具和手段及控制效果的统一。
本书通过控制理论、控制仿真和控制实验的结合，将使学生对于控制系统的工作原理既有直观的感受，对于控制系统的工作原理又能理解得更为深入，对于控制理论在实际对象中的应用及控制效果有亲身的体会，有效地激发和提升学生的学习兴趣，提高学生学习的主动性和自觉性，培养了学生的创新能力，把学生从烦琐具体的细节中解脱出来而侧重于关键性的创造性的逻辑思维劳动，提高了学生解决实际问题的能力，并缩短了理论学习与解决问题之间的距离。
全书共分为9章。在介绍自动控制的基本概念以及必要的数学理论基础上，阐述了的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，以及控制系统的校正等相对完整的基本控制理论。在第7章中，结合电机控制系统的建模、控制和实验，介绍控制系统综合应用的例子。在第8章中，介绍了基于MATLAB/SIMULINK控制系统的计算机辅助分析与设计。涉及内容包括基于MATLAB/SIMULINK的控制系统建模和仿真，以及基于MATLAB的控制系统校正。在本书的后一章，结合加拿大Quanser公司的三自由度直升机系统，对于三自由度直升机系统的建模、分析、仿真、实验及半实物实时控制，给出了全面的介绍，以展示控制理论与方法在复杂控制对象中的应用和效果。
本书可以作为高等学校电气信息类（自动化专业，电气工程及自动化，电子信息工程），以及计算机、通信、机械工程及自动化及其相关专业的教材，并可供有关科技人员参考。
在本书的编写过程中，参考和引用了有关专家的书籍、文献资料、网络课程以及课程支持网站中的有关内容。在书稿的准备过程中，研究生程鑫滟、秦婷同学对于书中的例子做了仿真和实验，以及部分书稿的录入工作。在此一并表示感谢。
书中难免有错误和不足之处，殷切希望广大读者批评指正。
张 聚
浙江工业大学 智能控制与信息处理研究所
2014年7月
导语摘要
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
第1章 自动控制的基本概念 1
1.1 概述 1
1.2 反馈控制的概念及特点 1
1.3 典型自动控制系统的组成及工作原理 2
1.4 自动控制系统的性能要求 4
第2章 数学基础——拉普拉斯变换 5
2.1 拉氏变换的基本概念 5
2.2 拉氏变换的主要运算定理 9
2.3 拉氏变换应用举例 14
第3章 控制系统的数学模型 20
3.1 微分方程模型 20
3.2 传递函数模型 25
3.3 结构框图模型 31
3.3.1 结构框图的基本概念 31
3.3.2 结构框图的等效变换 32
3.4 控制系统数学模型参数的实验确定 35
3.4.1 引言 35
3.4.2 简单二阶系统阶跃响应 36
3.4.3 一种新的辨识方法 41
3.5 状态空间模型 47
3.5.1 引言 47
3.5.2 状态与状态空间的概念 48
3.5.3 状态与状态空间的概念系统的状态空间描述 48
3.5.4 线性系统的状态空间表达式 53
3.5.5 状态方程的线性变换 54
第4章 控制系统的运动响应分析 57
4.1 典型输入一阶系统的运动响应分析 57
4.2 典型输入二阶系统的运动响应分析 58
4.3 高阶系统的运动响应分析 62
4.4 控制系统的频率特性 63
4.4.1 对数频率特性（Bode图） 63
4.4.2 幅相频率特性（Nyquist图） 70
第5章 控制系统的运动性能分析 74
5.1 控制系统的运动性能分析 74
5.1.1 稳定的充要条件 74
5.1.2 稳定性分析判据 75
5.1.3 稳定裕度 78
5.1.4 稳定裕度的计算 79
5.2 控制系统的稳态性能（控制精度）分析 80
5.2.1 稳态误差的定义 80
5.2.2 稳态误差的分析与计算 81
5.2.3 稳态误差的影响因素（减小稳态误差的方法） 85
小结 86
5.3 控制系统的暂态性能（响应速度）分析 87
5.3.1 暂态性能指标 87
5.3.2 一阶系统的性能指标计算 88
5.3.3 二阶欠阻尼系统的性能指标计算 88
第6章 控制系统的校正 91
6.1 校正装置 91
6.1.1 超前校正网络及其特性 91
6.1.2 滞后校正网络及其特性 93
6.1.3 滞后-超前校正网络及其特性 95
6.2 串联PID校正（基于频域方法） 96
6.2.1 比例微分（PD）控制 97
6.2.2 比例积分（PI）控制 97
6.2.3 比例积分微分（PID）控制 97
6.3 反馈校正 100
6.4 反馈和前馈复合校正 100
第7章 控制系统综合应用实例 102
7.1 概述 102
7.2 实验设备 102
7.3 模型辨识 103
7.3.1 无滚筒系统的传递函数 103
7.3.2 带滚筒系统的传递函数 106
7.4 补偿控制器设计与实现 110
7.4.1 积分控制 111
7.4.2 比例-积分控制 114
第8章 控制系统的计算机辅助分析与设计 115
8.1 MATLAB简介 115
8.1.1 操作界面介绍 116
8.1.2 帮助系统 117
8.1.3 工具箱 119
8.2 MATLAB基本使用方法 120
8.2.1 基本要素 120
8.2.2 应用基础 122
8.2.3 数值运算 126
8.2.4 符号运算 130
8.2.5 图形表达功能 134
8.2.6 程序设计基础 142
8.3 基于MATLAB控制系统的数学模型分析 145
8.3.1 数学模型的建立 145
8.3.2 数学模型的转换 153
8.3.3 数学模型的连接 158
8.4 基于MATLAB控制系统的运动响应分析 160
8.4.1 零输入响应分析 160
8.4.2 脉冲输入响应分析 162
8.4.3 阶跃输入响应分析 163
8.4.4 任意输入响应分析 165
8.4.5 根轨迹分析方法 167
8.4.6 控制系统的频率特性 170
8.5 基于MATLAB控制系统的运动性能分析 174
8.5.1 控制系统的稳定性分析 174
8.5.2 控制系统的稳态性能分析 179
8.5.3 控制系统的动态性能分析 180
8.6 基于Simulink控制系统的建模与仿真 182
8.6.1 Simulink模块库 182
8.6.2 Simulink的基本操作 191
8.6.3 Simulink建模与仿真 192
8.7 基于MATLAB控制系统的校正 197
8.7.1 PID控制器 197
8.7.2 超前校正 200
8.7.3 滞后校正 202
8.7.4 SISO设计工具 204
第9章 三自由度直升机系统半实物仿真与实时控制 212
9.1 Quanser三自由度直升机的系统结构和数学模型 212
9.2 PID控制器设计 215
9.3 数值仿真 216
9.4 半实物仿真与实时控制 221
9.4.1 半实物仿真系统 221
9.4.2 无主动干扰系统（Active Disturbance System，ADS） 222
9.4.3 含主动干扰系统（ADS） 225
9.5 半实物仿真实验结果 230
9.5.1 无主动干扰系统（ADS） 230
9.5.2 含主动干扰系统（ADS） 232
参考文献 236
内容摘要
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。
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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。
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