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現(xiàn)代控制理論及工程應(yīng)用案例

現(xiàn)代控制理論及工程應(yīng)用案例

出版社：西安電子科技大學(xué)出版社出版時間：2021-12-01
開本： 26cm 頁數(shù)： 204頁
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現(xiàn)代控制理論及工程應(yīng)用案例 版權(quán)信息

現(xiàn)代控制理論及工程應(yīng)用案例 內(nèi)容簡介

本書詳盡地論述了現(xiàn)代控制理論的主要理論與分析、設(shè)計方法, 并對相關(guān)工程領(lǐng)域的案例進行了建模、分析與設(shè)計。本書內(nèi)容包括狀態(tài)空間分析方法、控制系統(tǒng)狀態(tài)方程求解、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其李雅普諾夫穩(wěn)定、系統(tǒng)的可控性與可觀性、線性定常系統(tǒng)的綜合設(shè)計方法, 系統(tǒng)的*優(yōu)控制及工程案例分析。本書不僅在每一章的理論講述之余介紹了相應(yīng)的MATLAB分析方法, 而且將分析和設(shè)計的理論與方法應(yīng)用于典型的工程實際案例, 從系統(tǒng)建模, 到系統(tǒng)性能分析, 到控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計, 進行了詳細的論述, 并給出了MATLAB仿真與分析結(jié)果。通過本書的系統(tǒng)學(xué)習(xí), 讀者不僅能夠掌握現(xiàn)代控制理論主要的理論與方法, 而且能夠培養(yǎng)并提高理論與實際工程應(yīng)用結(jié)合的能力。

現(xiàn)代控制理論及工程應(yīng)用案例 目錄

第1章 緒論 1 1.1 自動控制發(fā)展歷史簡介 1 1.2 現(xiàn)代控制理論的基本內(nèi)容 2 1.3 控制論、信息論及系統(tǒng)論 3 1.4 現(xiàn)代控制系統(tǒng)舉例 3 第2章 狀態(tài)空間分析法 6 2.1 狀態(tài)、狀態(tài)變量、狀態(tài)空間、狀態(tài)方程和動態(tài)方程 6 2.2 建立實際物理系統(tǒng)的動態(tài)方程 8 2.3 由控制系統(tǒng)的方塊圖求系統(tǒng)動態(tài)方程 12 2.4 由系統(tǒng)的微分方程或傳遞函數(shù)求其動態(tài)方程 14 2.4.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的直接法 15 2.4.2 傳遞函數(shù)的串聯(lián)實現(xiàn) 17 2.4.3 傳遞函數(shù)的并聯(lián)實現(xiàn) 19 2.5 系統(tǒng)狀態(tài)方程的線性變換 22 2.5.1 系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的非唯一性 22 2.5.2 轉(zhuǎn)換為對角標(biāo)準(zhǔn)型 24 2.5.3 轉(zhuǎn)換為約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型 28 2.6 從系統(tǒng)動態(tài)方程求系統(tǒng)傳遞函數(shù)(陣) 30 2.7 離散時間系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式 31 2.8 利用MATLAB進行系統(tǒng)模型之間的相互轉(zhuǎn)換 33 2.8.1 利用MATLAB求狀態(tài)空間模型 33 2.8.2 狀態(tài)空間表達式與傳遞函數(shù)的變換 35 2.8.3 狀態(tài)空間表達式的線性變換 37 第3章 控制系統(tǒng)狀態(tài)方程求解 41 3.1 線性連續(xù)定常齊次方程求解 41 3.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)及其求法 42 3.3 線性連續(xù)定常非齊次狀態(tài)方程求解 50 3.4 連續(xù)時間狀態(tài)空間表達式的離散化 52 3.5 離散時間系統(tǒng)狀態(tài)方程求解 53 3.6 利用MATLAB求解狀態(tài)方程 54 3.6.1 計算矩陣指數(shù) 54 3.6.2 求線性系統(tǒng)的狀態(tài)響應(yīng) 54 第4章 系統(tǒng)穩(wěn)定性及其李雅普諾夫穩(wěn)定性 62 4.1 穩(wěn)定性一般概念 62 4.1.1 系統(tǒng)的平衡狀態(tài) 63 4.1.2 李雅普諾夫穩(wěn)定性定義 65 4.2 李雅普諾夫**法(間接法) 67 4.3 李雅普諾夫第二法(直接法) 68 4.3.1 標(biāo)量函數(shù)及其符號 68 4.3.2 李雅普諾夫第二法 70 4.4 線性定常系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析及系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化 70 4.5 MATLAB在線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用 73 4.6 MATLAB在線性定常離散系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用 76 第5章 系統(tǒng)的可控性和可觀性 78 5.1 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的可控性 78 5.2 離散時間系統(tǒng)的可控性 82 5.3 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的可觀性 83 5.4 離散時間系統(tǒng)的可觀性 84 5.5 對偶系統(tǒng)和對偶原理 85 5.5.1 對偶系統(tǒng) 85 5.5.2 對偶原理 86 5.6 系統(tǒng)可控標(biāo)準(zhǔn)型和可觀標(biāo)準(zhǔn)型 86 5.6.1 單輸入系統(tǒng)可控標(biāo)準(zhǔn)型 86 5.6.2 單輸出系統(tǒng)的可觀標(biāo)準(zhǔn)型 91 5.6.3 連續(xù)系統(tǒng)離散化后的可控性與可觀性 94 5.6.4 多輸入多輸出系統(tǒng)可控及可觀標(biāo)準(zhǔn)型 95 5.7 MATLAB判斷系統(tǒng)可控性和可觀性 97 第6章 線性定常系統(tǒng)的綜合 100 6.1 線性反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其特點 100 6.1.1 狀態(tài)反饋 100 6.1.2 輸出反饋 101 6.1.3 閉環(huán)系統(tǒng)的可控性和可觀性 102 6.2 極點配置 103 6.2.1 采用狀態(tài)反饋 103 6.2.2 輸出反饋極點配置 112 6.3 解耦問題 112 6.3.1 解耦的定義 113 6.3.2 串聯(lián)補償器解耦 113 6.3.3 狀態(tài)反饋解耦 115 6.4 狀態(tài)重構(gòu)與狀態(tài)觀測器設(shè)計 118 6.4.1 全維狀態(tài)觀測器及其狀態(tài)反饋系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 119 6.4.2 全維狀態(tài)觀測器分析設(shè)計 120 6.4.3 降維狀態(tài)觀測器的概念 122 6.5 采用狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng) 123 6.6 MATLAB在系統(tǒng)綜合中的應(yīng)用 126 6.6.1 極點配置的MATLAB函數(shù) 126 6.6.2 狀態(tài)觀測器設(shè)計 127 6.6.3 帶狀態(tài)觀測器的閉環(huán)狀態(tài)反饋系統(tǒng) 129 第7章 系統(tǒng)的*優(yōu)控制 132 7.1 系統(tǒng)*優(yōu)控制的概念 132 7.2 幾種常用的性能指標(biāo) 134 7.3 泛函及其變分法 135 7.3.1 泛函及其變分法概念 135 7.3.2 二次型性能指標(biāo)的*優(yōu)控制 135 7.4 線性二次型*優(yōu)控制問題 137 7.4.1 基于李雅普諾夫第二方法的控制系統(tǒng)*佳化 138 7.4.2 參數(shù)*佳問題的李雅普諾夫第二方法的解法 138 7.4.3 二次型*佳控制問題 140 7.5 用MATLAB解二次型*優(yōu)問題 144 第8章 工程案例分析 151 8.1 打印機皮帶驅(qū)動系統(tǒng) 151 8.1.1 系統(tǒng)模型的建立 151 8.1.2 系統(tǒng)抗干擾響應(yīng)分析 154 8.1.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 155 8.1.4 系統(tǒng)可控性與可觀性分析 156 8.1.5 系統(tǒng)反饋設(shè)計 157 8.2 光伏發(fā)電系統(tǒng) 159 8.2.1 光伏發(fā)電模型的建立 159 8.2.2 PID控制器設(shè)計 162 8.2.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 165 8.2.4 系統(tǒng)可控性與可觀性分析 166 8.2.5 系統(tǒng)*優(yōu)設(shè)計 168 8.3 直流電機驅(qū)動的精密機床位置控制系統(tǒng) 169 8.3.1 電樞控制直流電機模型的建立 169 8.3.2 電樞控制式直流電機驅(qū)動的機床加工臺建模 170 8.3.3 反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計 171 8.3.4 系統(tǒng)抗干擾能力分析 173 8.3.5 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 174 8.3.6 狀態(tài)變量反饋控制器設(shè)計 175 8.3.7 狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 177 8.3.8 系統(tǒng)的PID控制器設(shè)計 178 8.4 單級倒立擺系統(tǒng) 182 8.4.1 系統(tǒng)模型的建立 182 8.4.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 185 8.4.3 系統(tǒng)可控性與可觀性分析 185 8.4.4 系統(tǒng)反饋設(shè)計 186 8.5 柴電動力系統(tǒng) 188 8.5.1 柴電動力系統(tǒng)復(fù)頻域模型的建立 188 8.5.2 柴電動力系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的建立 189 8.5.3 系統(tǒng)的可控性與可觀性分析 190 8.5.4 轉(zhuǎn)速計反饋控制系統(tǒng) 191 8.5.5 系統(tǒng)狀態(tài)變量反饋控制器設(shè)計 192 8.5.6 狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 194 8.6 控制基礎(chǔ)案例 194 8.6.1 工程機械世界之* 195 8.6.2 世界上*大的發(fā)電機 197 8.6.3 PLC控制音樂噴泉 198 8.6.4 變頻器的應(yīng)用 199 8.6.5 神奇機械臂規(guī)劃控制技術(shù) 200 8.6.6 火星探測器“天問一號” 202 參考文獻 204
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