《自动控制系统(原书第10版)》PDF电子书免费下载

作者:  [加] 法里德·高那菲(Farid Golnaraghi),[美]本杰明 C.郭(

出版社: 机械工业出版社

出版年: 2020年06月

ISBN: 9787111655770

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内容简介

目录

出版者的话
译者序
前言
第1章 绪论1
1.1 控制系统的基本组成部分1
1.2 控制系统应用举例2
1.2.1 智能交通系统2
1.2.2 汽车转向控制3
1.2.3 汽车怠速控制3
1.2.4 太阳能收集器的太阳跟踪控制3
1.3 开环控制系统(无反馈系统)5
1.4 闭环控制系统(反馈控制系统)5
1.5 反馈的含义及其作用6
1.5.1 反馈对于总增益的影响6
1.5.2 反馈对于稳定性的影响6
1.5.3 反馈对于外部干扰或噪声的作用7
1.6 反馈控制系统的类型8
1.7 线性系统与非线性系统8
1.8 时不变与时变系统9
1.9 连续控制系统9
1.10 离散控制系统10
1.11 案例研究:基于LEGOMINDSTORMS的智能车辆避障11
1.12 小结17
第2章 动态系统的建模18
2.1 简单机械系统的建模18
2.1.1 平移运动19
2.1.2 旋转运动22
2.1.3 平移和旋转运动之间的转换26
2.1.4 齿轮系28
2.1.5 齿隙和死区(非线性特性)29
2.2 简单电气系统的建模30
2.2.1 无源电气元件建模30
2.2.2 电气网络建模30
2.3 简单热系统和简单流体系统的建模33
2.3.1 热系统的基本属性34
2.3.2 流体系统的基本属性36
2.4 非线性系统的线性化42
2.5 类比44
2.6 案例研究:LEGO MINDSTORMSNXT电动机—机械建模46
2.7 小结46
参考文献47
习题47
第3章 动态系统的微分方程求解58
3.1 微分方程介绍58
3.1.1 线性常微分方程59
3.1.2 非线性微分方程59
3.2 拉普拉斯变换60
3.2.1 拉普拉斯变换的定义60
3.2.2 拉普拉斯变换的重要定理61
3.2.3 传递函数61
3.2.4 特征方程62
3.2.5 解析函数62
3.2.6 函数的极点62
3.2.7 函数的零点63
3.2.8 共轭复极点和零点64
3.2.9 终值定理65
3.3 部分分式展开的拉普拉斯逆变换65
3.4 拉普拉斯变换在线性常微分方程求解中的应用71
3.4.1 一阶系统71
3.4.2 二阶系统73
3.4.3 二阶系统—进一步讨论80
3.5 线性系统的脉冲响应和传递函数83
3.5.1 脉冲响应83
3.5.2 基于脉冲响应的时间响应84
3.5.3 传递函数(单输入单输出系统)85
3.6 系统的一阶微分方程:状态方程85
3.6.1 状态变量的定义88
3.6.2 输出方程89
3.7 线性齐次状态方程的解92
3.7.1 传递函数(多变量系统)93
3.7.2 由状态方程到特征方程95
3.7.3 由传递函数到状态方程96
3.8 MATLAB案例研究99
3.9 线性化回顾:状态空间方法104
3.10 小结108
参考文献108
习题109
第4章 控制框图和信号流图119
4.1 控制框图119
4.1.1 控制系统中典型元件的控制框图建模120
4.1.2 数学方程和控制框图的关系123
4.1.3 控制框图简化126
4.1.4 多输入系统的控制框图:特殊情况—扰动系统128
4.1.5 多变量系统的控制框图与传递函数129
4.2 信号流图131
4.2.1 信号流图代数132
4.2.2 信号流图术语的定义133
4.2.3 信号流图的增益公式135
4.2.4 在输出节点与非输入节点间增益公式的应用139
4.2.5 简化增益公式140
4.3 状态图141
4.3.1 由微分方程到状态图141
4.3.2 由状态图到传递函数143
4.3.3 由状态图到状态和输出方程143
4.4 案例研究145
4.5 MATLAB工具箱155
4.6 小结158
参考文献158
习题158
第5章 线性控制系统的稳定性168
5.1 稳定性介绍168
5.2 稳定性判定方法171
5.3 Routh-Hurwitz判据171
5.3.1 Routh表格172
5.3.2 Routh表格提前终止时的特殊情形173
5.4 MATLAB工具和案例分析176
5.5 小结182
参考文献182
习题182
第6章 反馈控制系统的重要组成186
6.1 有源电气元件的建模:运算放大器188
6.1.1 理想运算放大器188
6.1.2 和与差188
6.1.3 一阶运算放大器的配置188
6.2 控制系统中的传感器和编码器191
6.2.1 电位计191
6.2.2 转速计194
6.2.3 增量编码器195
6.3 控制系统中的直流电动机197
6.3.1 直流电动机的基本操作原理198
6.3.2 永磁直流电动机的基本分类198
6.3.3 永磁直流电动机的数学模型200
6.4 直流电动机的速度控制及位置控制203
6.4.1 速度响应、自感效应和扰动:开环响应203
6.4.2 直流电动机的速度控制:闭环响应206
6.4.3 位置控制207
6.5 案例研究208
6.5.1 案例1:太阳观测系统208
6.5.2 案例2:四分之一车辆悬挂系统210
6.6 虚拟实验室:LEGO MINDSTORMSNXT电动机入门—建模和表征213
6.6.1 NXT电动机213
6.6.2 电气特性213
6.6.3 机械特性214
6.6.4 速度响应和模型验证220
6.7 小结221
参考文献221
习题221
第7章 控制系统的时域分析234
7.1 连续时间系统的时间响应234
7.2 评价控制系统时间响应性能的典型测试信号235
7.3 单位阶跃响应和时域描述236
7.4 一阶系统的时间响应237
7.5 二阶系统的暂态响应240
7.5.1 阻尼比和自然频率240
7.5.2 超调(0 < ζ < 1)2447.5.3 延迟时间和上升时间(0 < ζ < 1)2467.5.4 调节时间(5%和2%)2477.5.5 暂态响应性能指标总结2507.6 稳态误差2537.6.1 稳态误差的定义2537.6.2 有干扰情况下的系统稳态误差2597.6.3 控制系统的类型:单位反馈系统2617.6.4 误差常数2617.6.5 非线性系统元件产生的稳态误差2657.7 基础控制系统以及传递函数增加零极点带来的影响2677.7.1 在前向通道传递函数中增加一个极点:单位反馈系统2677.7.2 在闭环传递函数中增加一个极点2697.7.3 在闭环传递函数中增加一个零点2707.7.4 在前向通道传递函数中增加一个零点:单位反馈系统2717.7.5 增加零极点:时域响应控制2727.8 传递函数的主导零极点2777.8.1 零极点影响的总结2787.8.2 相对阻尼比2797.8.3 稳态响应考虑下的次要极点忽略方法2797.9 案例研究:定位控制系统的时域分析2797.9.1 二阶系统:单位阶跃暂态响应2817.9.2 二阶系统:单位阶跃稳态响应2847.9.3 三阶系统的时间响应—电气时间常数不能忽略2847.9.4 三阶系统:单位阶跃暂态响应2847.9.5 三阶系统:单位阶跃稳态响应2877.10 控制实验室:LEGO MINDSTORMS NXT电动机介绍—位置控制2877.11 小结291参考文献292习题292第8章 状态空间分析与控制器设计3058.1 状态变量分析3058.2 控制框图、传递函数和状态控制框图3058.2.1 传递函数(多变量系统)3058.2.2 多变量系统的控制框图和传递函数3068.3 一阶微分系统的状态方程3088.3.1 状态变量的定义3088.3.2 输出方程3098.4 状态方程的向量-矩阵表示3108.5 状态转移矩阵3128.5.1 状态转移矩阵的意义3138.5.2 状态转移矩阵的性质3138.6 状态转移方程3148.7 状态方程与高阶微分方程之间的关系3188.8 状态方程与传递函数之间的关系3198.9 特征方程、特征值和特征向量3218.9.1 由微分方程求特征方程3228.9.2 由传递函数求特征方程3228.9.3 由状态方程求特征方程3228.9.4 特征值3238.9.5 特征向量3238.9.6 广义特征向量3248.10 相似变换3258.10.1 相似变换的不变特性3268.10.2 相似变换前后的特征方程、特征值和特征向量3268.10.3 传递函数矩阵3268.10.4 能控标准型3268.10.5 能观标准型3288.10.6 对角标准型3298.10.7 Jordan标准型3308.11 传递函数分解3318.11.1 直接分解3318.11.2 串级分解3358.11.3 并行分解3368.12 控制系统的能控性3378.12.1 能控性的概念3388.12.2 状态能控性的定义3398.12.3 能控性的其他检验方法3398.13 线性系统的能观性3418.13.1 能观性的定义3418.13.2 能观性的其他检验方法3428.14 能控性、能观性和传递函数之间的关系3428.15 能控性和能观性的不变性定理3448.16 案例研究:磁球悬浮系统3458.17 状态反馈控制3488.18 通过状态反馈进行极点配置3498.19 带有积分控制的状态反馈3538.20 MATLAB工具箱和案例学习3588.20.1 状态空间分析工具箱的使用和说明3598.20.2 tfsym在状态空间应用中的使用和说明3618.21 案例研究:LEGO MINDSTORMS机器臂系统的位置控制3618.22 小结366参考文献367习题367第9章 根轨迹法3869.1 根轨迹的基本性质3879.2 根轨迹的性质详解3899.2.1 K=0和K=±∞的点3899.2.2 RL的分支数3909.2.3 RL的对称性3909.2.4 RL的渐近线交角:|s|=∞处RL的行为3919.2.5 渐近线的交点(质心)3929.2.6 实轴上的RL3959.2.7 RL的出射角和入射角3959.2.8 RL与虚轴的交点3989.2.9 RL的分离点(鞍点)3989.2.10 RL在分离点处的入射角和出射角3999.2.11 RL上K值的计算4029.2.12 小结4029.3 根灵敏度4069.4 根轨迹设计4109.4.1 在G(s)H(s)中增加零极点的影响4109.4.2 在G(s)H(s)中增加极点4109.4.3 在G(s)H(s)中增加零点4129.5 根轨迹族:多参数变化情形4159.6 MATLAB工具箱4219.7 小结422参考文献423习题423第10章 频域分析43010.1 引言43010.1.1 闭环系统的频率响应43710.1.2 频域指标43810.2 二阶系统的谐振峰值、谐振频率和带宽43910.2.1 谐振峰值和谐振频率43910.2.2 带宽44010.3 前向通道传递函数增加极点和零点的影响44210.3.1 前向通道传递函数增加零点的影响44310.3.2 前向通道传递函数增加极点的影响44710.4 Nyquist稳定性判据:基本原理44910.4.1 稳定性问题44910.4.2 环绕和闭合的定义45010.4.3 环绕和闭合的次数45110.4.4 幅角原理45110.4.5 Nyquist曲线45510.4.6 Nyquist判据以及L(s)或G(s)H(s)图45510.5 具有小相位传递函数的系统的Nyquist判据45610.6 根轨迹和Nyquist图的关系45810.7 示例:小相位传递函数的Nyquist判据46010.8 增加的极点和零点对Nyquist图的形状的影响46410.8.1 在s=0处加入极点46410.8.2 增加有限个非零极点46610.8.3 增加零点46610.9 相对稳定性:增益裕量和相位裕量46710.9.1 增益裕量46910.9.2 非小相位系统的增益裕量47010.9.3 相位裕量47010.10 用Bode图进行稳定性分析47210.11 相对稳定性与Bode图的幅值曲线的斜率之间的关系47510.12 用幅值-相位图进行稳定性分析47710.1显示部分信息

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