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255千字 字数
2023-12-01 发行日期
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主编推荐语

IEEE会士结合多年教学与工程实践撰写的经典教材，详述系统建模与控制理论。

内容简介

本书通过Matlab/Simulink基础工具阐述控制系统的建模、分析和设计。在系统建模与控制导论中，Chiasson博士为电气、机械和航空航天/航空工程专业的学生提供了一个易于理解且直观的建模与控制指南。

本书首先介绍了控制的必要性，描述了飞机是如何飞行的，并分别用副翼、升降舵和方向舵进行了横摇、俯仰和偏航控制的图示。

本书将继续介绍单轴刚体动力学（齿轮、大车沿斜坡滚动），然后对直流电机、直流转速表和光学编码器进行建模。利用这些动态模型的传递函数表示，引入PID控制器作为跟踪阶跃输入和抑制恒定干扰的有效方法。

目录

  • 版权信息
  • 译者序
  • 前言
  • 缩略语表
  • 第1章 引言
  • 1.1 飞机
  • 1.1.1 使用升降舵控制俯仰
  • 1.1.2 使用副翼控制滚转
  • 1.1.3 使用方向舵控制偏航
  • 1.1.4 控制飞机
  • 1.1.5 自动控制（自动驾驶仪）
  • 1.2 四旋翼无人机
  • 1.2.1 自动控制
  • 1.3 倒立摆
  • 1.3.1 控制问题
  • 1.4 磁悬浮
  • 1.4.1 数学模型
  • 1.4.2 控制问题
  • 1.5 一般控制问题
  • 第2章 拉普拉斯变换
  • 2.1 拉普拉斯变换的性质
  • 2.2 部分分式展开
  • 2.2.1 非严格正则有理函数
  • 2.3 极点和零点
  • 2.4 极点和部分分式
  • 附录 指数函数
  • 习题
  • 第3章 微分方程与稳定性
  • 3.1 微分方程
  • 3.1.1 正弦稳态响应
  • 3.2 相量法求解
  • 3.2.1 小结
  • 3.3 终值定理
  • 3.4 稳定传递函数
  • 3.4.1 终值定理与稳定传递函数
  • 3.4.2 小结
  • 3.5 劳斯-赫尔维茨稳定性检验
  • 3.5.1 劳斯-赫尔维茨稳定性判据
  • *3.5.2 特殊情况：劳斯表的一行元素为0
  • *3.5.3 特殊情况：第一列为0，但该行其他元素不完全为0
  • 习题
  • 第4章 质量-弹簧-阻尼系统
  • 4.1 机械功
  • 4.2 质量-弹簧-阻尼系统建模
  • 4.3 仿真
  • 习题
  • 第5章 刚体转动动力学
  • 5.1 转动惯量
  • 5.2 牛顿转动运动定律
  • 5.2.1 黏性转动摩擦
  • 5.2.2 转矩的符号规定
  • 5.3 齿轮
  • 5.3.1 两个齿轮间的代数关系
  • 5.3.2 两个齿轮间的动态关系
  • 5.3.3 张力
  • 5.4 滚动柱体
  • 5.4.1 结合平移和转动运动
  • 5.4.2 无滑滚动
  • 5.4.3 圆柱体沿斜面向下滚动
  • 5.4.4 静摩擦与动摩擦
  • 5.4.5 运用牛顿定律的运动方程
  • 5.4.6 运用牛顿运动方程解决刚体问题小结
  • 5.4.7 由能量守恒导出的运动方程
  • 5.4.8 沿斜面向上运动的电动缸
  • 5.4.9 由能量守恒导出的运动方程
  • 习题
  • 第6章 直流电动机中的物理学原理
  • 6.1 磁场力
  • 6.2 单回路电动机
  • 6.2.1 转矩的产生
  • 6.2.2 绕线式直流电动机
  • 6.2.3 单回路电动机的换向
  • 6.3 法拉第定律
  • 6.3.1 面元向量
  • 6.3.2 解析符号ξ
  • 6.3.3 直线直流电动机中的反电动势
  • 6.3.4 单回路电动机中的反电动势
  • 6.3.5 单回路电动机中的自感电动势
  • 6.4 直流电动机动力学方程
  • 6.4.1 机电能量转换
  • 6.5 光学编码器模型
  • 6.5.1 编码器模型
  • 6.5.2 速度的后向差分估计
  • *6.6 直流电动机转速表
  • 6.6.1 用于直线直流电动机的转速表
  • 6.6.2 单回路直流电动机转速表
  • *6.7 多回路直流电动机
  • 6.7.1 增加转矩产生
  • 6.7.2 电枢电流的换向
  • 习题
  • 第7章 框图
  • 7.1 直流电动机框图
  • 7.2 框图化简
  • 习题
  • 第8章 系统响应
  • 8.1 一阶系统响应
  • 8.1.1 证明
  • 8.2 二阶系统响应
  • 8.2.1 瞬态响应和闭环极点
  • 8.2.2 峰值时间tp和超调百分比Mp
  • 8.2.3 调节时间ts
  • 8.2.4 上升时间tr
  • 8.2.5 Mp、tp、ts的小结
  • 8.2.6 选择比例控制器的增益
  • 8.3 带零点的二阶系统
  • 8.3.1 右半平面零点
  • 8.4 三阶系统
  • 附录 根轨迹MATLAB文件
  • 习题
  • 第9章 跟踪与干扰抑制
  • 9.1 伺服机构
  • 9.2 直流伺服电动机的控制
  • 9.2.1 跟踪
  • 9.2.2 干扰抑制
  • 9.2.3 直流伺服PI控制器小结
  • 9.2.4 比例积分微分控制
  • 9.3 跟踪与干扰抑制理论
  • 9.4 内部模型原理
  • 9.5 设计实例：飞机俯仰的PI-D控制
  • 9.5.1 参数不确定性（鲁棒性）
  • *9.6 模型不确定性和反馈
  • 9.6.1 开环控制
  • 9.6.2 闭环控制
  • 9.6.3 加快响应速度
  • 9.6.4 通过反馈降低灵敏度
  • 9.6.5 结论
  • 习题
  • 第10章 极点配置、二自由度控制器和内部稳定性
  • 10.1 输出极点配置
  • 10.1.1 干扰模型
  • 10.1.2 初始条件对控制设计的影响
  • 10.2 二自由度控制器
  • 10.2.1 稳定2型系统有超调量
  • 10.2.2 具有实数极点并且无零点的稳定系统无超调量
  • 10.2.3 具有实数极点和单右半平面零点的稳定系统无超调量
  • 10.2.4 用二自由度控制器消除超调量
  • 10.3 内部稳定性
  • 10.3.1 环内不稳定零极点抵消（不利情况）
  • 10.3.2 环外不稳定零极点抵消（有利情况）
  • 10.4 设计实例：飞机俯仰二自由度控制
  • 10.4.1 关于极点配置的重要探讨
  • 10.5 设计实例：带太阳能电池板的卫星（配置情况）
  • 附录A 输出极点配置
  • 附录B 多项式展开
  • 附录C 超调量
  • 附录D 不稳定零极点抵消
  • 附录E 欠调
  • 习题
  • 第11章 频率响应方法
  • 11.1 伯德图
  • 11.1.1 伯德幅频图
  • 11.1.2 半对数图
  • 11.1.3 渐近幅频图
  • 11.1.4 伯德相位图
  • 11.1.5 简单例题
  • 11.1.6 更多的伯德图示例
  • 11.1.7 具有复极点的伯德图
  • 11.1.8 峰值和谐振值
  • 11.1.9 相位图
  • 11.2 奈奎斯特理论
  • 11.2.1 幅角原理
  • 11.2.2 奈奎斯特极坐标图
  • 11.2.3 奈奎斯特稳定性检验
  • 11.3 相对稳定性：增益和相位裕度
  • 11.3.1 相对稳定性
  • 11.4 闭环带宽
  • 11.4.1 结论
  • 11.5 滞后和超前补偿
  • 11.5.1 滞后补偿
  • 11.5.2 超前补偿
  • 11.6 基于超前滞后补偿的双积分器控制
  • 11.7 带输出的倒立摆
  • 附录 MATLAB中的伯德图和奈奎斯特图
  • 习题
  • 第12章 根轨迹
  • 12.1 角度条件和根轨迹的规则
  • 12.2 渐近线及其实轴交点
  • 12.3 分离角
  • 12.4 开环极点对根轨迹的影响
  • 12.5 开环零点对根轨迹的影响
  • 12.6 分离点和根轨迹
  • 12.7 设计实例：太阳能电池板卫星（非同位配置）
  • 习题
  • 第13章 倒立摆、磁悬浮、轨道上的小车
  • 13.1 倒立摆
  • 13.1.1 倒立摆的数学模型
  • 13.1.2 线性近似模型
  • 13.1.3 传递函数模型
  • 13.1.4 使用嵌套的反馈环路的倒立摆杆控制
  • 13.2 非线性模型的线性化
  • 13.3 磁悬浮
  • 13.3.1 能量守恒定律
  • 13.3.2 状态空间模型
  • 13.3.3 关于平衡点的线性化
  • 13.3.4 传递函数模型
  • 13.4 轨道上的小车
  • 13.4.1 机械方程
  • 13.4.2 电气方程式
  • 13.4.3 运动方程式和框图
  • 习题
  • 第14章 状态变量
  • 14.1 状态空间形式
  • 14.2 状态空间的传递函数
  • 14.2.1 能控标准型
  • 14.3 状态空间方程的拉普拉斯变换
  • 14.4 基本矩阵Φ
  • 14.4.1 指数矩阵eAt
  • *14.5 状态空间方程的解
  • 14.5.1 常数情况
  • 14.5.2 矩阵情况
  • *14.6 状态空间模型离散化
  • 习题
  • 第15章 状态反馈
  • 15.1 两个例子
  • 15.1.1 轨迹设计
  • 15.1.2 状态反馈跟踪控制器的设计
  • 15.2 一般状态反馈轨迹跟踪问题
  • 15.3 矩阵的逆和Cayley-Hamilton定理
  • 15.3.1 矩阵的逆
  • 15.3.2 Cayley-Hamilton定理
  • 15.4 稳定性与状态反馈
  • 15.5 状态反馈与干扰抑制
  • 15.6 相似变换
  • 15.7 极点配置
  • 15.7.1 状态反馈不改变系统零点
  • 15.8 平衡点的渐近跟踪
  • 15.9 通过状态反馈跟踪阶跃输入
  • 15.9.1 极点配置程序
  • *15.9.2 倒立摆的阶跃响应
  • *15.10 倾斜轨道上的倒立摆
  • 15.10.1 关于平衡点的线性化
  • 15.10.2 状态反馈控制
  • 15.10.3 未知的倾斜角度ϕ
  • *15.11 反馈线性化控制
  • 15.11.1 干扰抑制性
  • 附录 状态空间中的干扰抑制
  • 习题
  • 第16章 状态估计和参数识别
  • 16.1 状态估计器
  • 16.1.1 状态估计的一般流程
  • 16.1.2 分离原理
  • *16.2 拉普拉斯域的状态反馈和状态估计
  • *16.3 倒立摆的多输出观测器设计
  • 16.4 矩阵的转置和逆的性质
  • *16.5 对偶性
  • 16.6 参数辨识
  • 16.6.1 对称矩阵和正定矩阵
  • 16.6.2 最小二乘识别
  • 16.6.3 最小二乘近似
  • 16.6.4 误差指数
  • 习题
  • 第17章 反馈的鲁棒性和灵敏度
  • 17.1 输出为x的倒立摆
  • 17.1.1 右半平面极点和零点及其控制问题
  • 17.1.2 灵敏度的泊松积分
  • 17.1.3 H∞范数
  • 17.2 输出为的倒立摆
  • 17.3 带有状态反馈的倒立摆
  • 17.4 带有积分器和状态反馈的倒立摆
  • 17.5 通过状态估计进行状态反馈的倒立摆
  • 习题
  • 参考文献
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出版方

机械工业出版社

机械工业出版社是全国优秀出版社，自1952年成立以来，坚持为科技、为教育服务，以向行业、向学校提供优质、权威的精神产品为宗旨，以“服务社会和人民群众需求，传播社会主义先进文化”为己任，产业结构不断完善，已由传统的图书出版向着图书、期刊、电子出版物、音像制品、电子商务一体化延伸，现已发展为多领域、多学科的大型综合性出版社，涉及机械、电工电子、汽车、计算机、经济管理、建筑、ELT、科普以及教材、教辅等领域。