系統(tǒng)建模與控制導(dǎo)論

目?錄
譯者序
前言
縮略語表
第1章?引言1
1.1?飛機(jī)1
1.1.1?使用升降舵控制俯仰3
1.1.2?使用副翼控制滾轉(zhuǎn)3
1.1.3?使用方向舵控制偏航3
1.1.4?控制飛機(jī)3
1.1.5?自動(dòng)控制（自動(dòng)駕駛儀）4
1.2?四旋翼無人機(jī)4
1.2.1?自動(dòng)控制7
1.3?倒立擺7
1.3.1?控制問題8
1.4?磁懸浮8
1.4.1?數(shù)學(xué)模型9
1.4.2?控制問題9
1.5?一般控制問題9
第2章?拉普拉斯變換11
2.1?拉普拉斯變換的性質(zhì)13
2.2?部分分式展開17
2.2.1?非嚴(yán)格正則有理函數(shù)26
2.3?極點(diǎn)和零點(diǎn)27
2.4?極點(diǎn)和部分分式28
附錄?指數(shù)函數(shù)30
習(xí)題33
第3章?微分方程與穩(wěn)定性38
3.1?微分方程38
3.1.1?正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)39
3.2?相量法求解41
3.2.1?小結(jié)44
3.3?終值定理45
3.4?穩(wěn)定傳遞函數(shù)50
3.4.1?終值定理與穩(wěn)定傳遞函數(shù)51
3.4.2?小結(jié)52
3.5?勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性檢驗(yàn)53
3.5.1?勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)54
*3.5.2?特殊情況：勞斯表的一行元素
為058
*3.5.3?特殊情況：第一列為0，但該
行其他元素不完全為061
習(xí)題63
第4章?質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)72
4.1?機(jī)械功72
4.2?質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)建模73
4.3?仿真78
習(xí)題80
第5章?剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)87
5.1?轉(zhuǎn)動(dòng)慣量87
5.2?牛頓轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)定律88
5.2.1?黏性轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦89
5.2.2?轉(zhuǎn)矩的符號(hào)規(guī)定89
5.3?齒輪94
5.3.1?兩個(gè)齒輪間的代數(shù)關(guān)系94
5.3.2?兩個(gè)齒輪間的動(dòng)態(tài)關(guān)系95
5.3.3?張力98
5.4?滾動(dòng)柱體99
5.4.1?結(jié)合平移和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)99
5.4.2?無滑滾動(dòng)100
5.4.3?圓柱體沿斜面向下滾動(dòng)100
5.4.4?靜摩擦與動(dòng)摩擦101
5.4.5?運(yùn)用牛頓定律的運(yùn)動(dòng)方程102
5.4.6?運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)方程解決剛體
問題小結(jié)102
5.4.7?由能量守恒導(dǎo)出的運(yùn)動(dòng)方程103
5.4.8?沿斜面向上運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸104
5.4.9?由能量守恒導(dǎo)出的運(yùn)動(dòng)方程104
習(xí)題105
第6章?直流電動(dòng)機(jī)中的物理學(xué)原理115
6.1?磁場(chǎng)力115
6.2?單回路電動(dòng)機(jī)116
6.2.1?轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生117
6.2.2?繞線式直流電動(dòng)機(jī)118
6.2.3?單回路電動(dòng)機(jī)的換向118
6.3?法拉第定律120
6.3.1?面元向量d120
6.3.2?解析符號(hào)ξ121
6.3.3?直線直流電動(dòng)機(jī)中的反電動(dòng)勢(shì)122
6.3.4?單回路電動(dòng)機(jī)中的反電動(dòng)勢(shì)123
6.3.5?單回路電動(dòng)機(jī)中的自感電動(dòng)勢(shì)124
6.4?直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)方程126
6.4.1?機(jī)電能量轉(zhuǎn)換126
6.5?光學(xué)編碼器模型127
6.5.1?編碼器模型128
6.5.2?速度的后向差分估計(jì)129
*6.6?直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表130
6.6.1?用于直線直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)
速表130
6.6.2?單回路直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表130
*6.7?多回路直流電動(dòng)機(jī)131
6.7.1?增加轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生132
6.7.2?電樞電流的換向132
習(xí)題135
第7章?框圖143
7.1?直流電動(dòng)機(jī)框圖143
7.2?框圖化簡(jiǎn)144
習(xí)題152
第8章?系統(tǒng)響應(yīng)157
8.1?一階系統(tǒng)響應(yīng)157
8.1.1?證明158
8.2?二階系統(tǒng)響應(yīng)158
8.2.1?瞬態(tài)響應(yīng)和閉環(huán)極點(diǎn)160
8.2.2?峰值時(shí)間tp和超調(diào)百分比Mp162
8.2.3?調(diào)節(jié)時(shí)間ts165
8.2.4?上升時(shí)間tr166
8.2.5?Mp、tp、ts的小結(jié)166
8.2.6?選擇比例控制器的增益167
8.3?帶零點(diǎn)的二階系統(tǒng)168
8.3.1?右半平面零點(diǎn)171
8.4?三階系統(tǒng)172
附錄?根軌跡MATLAB文件173
習(xí)題174
第9章?跟蹤與干擾抑制181
9.1?伺服機(jī)構(gòu)181
9.2?直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制186
9.2.1?跟蹤186
9.2.2?干擾抑制189
9.2.3?直流伺服PI控制器小結(jié)192
9.2.4?比例積分微分控制192
9.3?跟蹤與干擾抑制理論196
9.4?內(nèi)部模型原理199
9.5?設(shè)計(jì)實(shí)例：飛機(jī)俯仰的PI-D控制200
9.5.1?參數(shù)不確定性（魯棒性）204
*9.6?模型不確定性和反饋205
9.6.1?開環(huán)控制205
9.6.2?閉環(huán)控制206
9.6.3?加快響應(yīng)速度206
9.6.4?通過反饋降低靈敏度207
9.6.5?結(jié)論209
習(xí)題210
第10章?極點(diǎn)配置、二自由度控制器
和內(nèi)部穩(wěn)定性219
10.1?輸出極點(diǎn)配置219
10.1.1?干擾模型223
10.1.2?初始條件對(duì)控制設(shè)計(jì)的影響225
10.2?二自由度控制器229
10.2.1?穩(wěn)定2型系統(tǒng)有超調(diào)量231
10.2.2?具有實(shí)數(shù)極點(diǎn)并且無零點(diǎn)的
穩(wěn)定系統(tǒng)無超調(diào)量232
10.2.3?具有實(shí)數(shù)極點(diǎn)和單右半平面零
點(diǎn)的穩(wěn)定系統(tǒng)無超調(diào)量233
10.2.4?用二自由度控制器消除超
調(diào)量237
10.3?內(nèi)部穩(wěn)定性238
10.3.1?環(huán)內(nèi)不穩(wěn)定零極點(diǎn)抵消（不
利情況）240
10.3.2?環(huán)外不穩(wěn)定零極點(diǎn)抵消（有
利情況）244
10.4?設(shè)計(jì)實(shí)例：飛機(jī)俯仰二自由度
控制246
10.4.1?關(guān)于極點(diǎn)配置的重要探討247
10.5?設(shè)計(jì)實(shí)例：帶太陽能電池板的
衛(wèi)星（配置情況）249
附錄A?輸出極點(diǎn)配置252
附錄B?多項(xiàng)式展開256
附錄C?超調(diào)量256
附錄D?不穩(wěn)定零極點(diǎn)抵消262
附錄E?欠調(diào)263
習(xí)題265
第11章?頻率響應(yīng)方法280
11.1?伯德圖280
11.1.1?伯德幅頻圖281
11.1.2?半對(duì)數(shù)圖281
11.1.3?漸近幅頻圖281
11.1.4?伯德相位圖283
11.1.5?簡(jiǎn)單例題284
11.1.6?更多的伯德圖示例285
11.1.7?具有復(fù)極點(diǎn)的伯德圖295
11.1.8?峰值和諧振值295
11.1.9?相位圖296
11.2?奈奎斯特理論300
11.2.1?幅角原理300
11.2.2?奈奎斯特極坐標(biāo)圖306
11.2.3?奈奎斯特穩(wěn)定性檢驗(yàn)307
11.3?相對(duì)穩(wěn)定性：增益和相位裕度317
11.3.1?相對(duì)穩(wěn)定性321
11.4?閉環(huán)帶寬323
11.4.1?結(jié)論326
11.5?滯后和超前補(bǔ)償327
11.5.1?滯后補(bǔ)償327
11.5.2?超前補(bǔ)償328
11.6?基于超前滯后補(bǔ)償?shù)碾p積分器