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?自動控制（自動駕駛儀）4
1.2?四旋翼無人機(jī)4
1.2.1?自動控制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?極點和零點27
2.4?極點和部分分式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)動動力學(xué)87
5.1?轉(zhuǎn)動慣量87
5.2?牛頓轉(zhuǎn)動運(yùn)動定律88
5.2.1?黏性轉(zhuǎn)動摩擦89
5.2.2?轉(zhuǎn)矩的符號規(guī)定89
5.3?齒輪94
5.3.1?兩個齒輪間的代數(shù)關(guān)系94
5.3.2?兩個齒輪間的動態(tài)關(guān)系95
5.3.3?張力98
5.4?滾動柱體99
5.4.1?結(jié)合平移和轉(zhuǎn)動運(yùn)動99
5.4.2?無滑滾動100
5.4.3?圓柱體沿斜面向下滾動100
5.4.4?靜摩擦與動摩擦101
5.4.5?運(yùn)用牛頓定律的運(yùn)動方程102
5.4.6?運(yùn)用牛頓運(yùn)動方程解決剛體
問題小結(jié)102
5.4.7?由能量守恒導(dǎo)出的運(yùn)動方程103
5.4.8?沿斜面向上運(yùn)動的電動缸104
5.4.9?由能量守恒導(dǎo)出的運(yùn)動方程104
習(xí)題105
第6章?直流電動機(jī)中的物理學(xué)原理115
6.1?磁場力115
6.2?單回路電動機(jī)116
6.2.1?轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生117
6.2.2?繞線式直流電動機(jī)118
6.2.3?單回路電動機(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ξ121
6.3.3?直線直流電動機(jī)中的反電動勢122
6.3.4?單回路電動機(jī)中的反電動勢123
6.3.5?單回路電動機(jī)中的自感電動勢124
6.4?直流電動機(jī)動力學(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129
*6.6?直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速表130
6.6.1?用于直線直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)
速表130
6.6.2?單回路直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速表130
*6.7?多回路直流電動機(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?直流電動機(jī)框圖143
7.2?框圖化簡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160
8.2.2?峰值時間tp和超調(diào)百分比Mp162
8.2.3?調(diào)節(jié)時間ts165
8.2.4?上升時間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?帶零點的二階系統(tǒng)168
8.3.1?右半平面零點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)計實例：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?極點配置、二自由度控制器
和內(nèi)部穩(wěn)定性219
10.1?輸出極點配置219
10.1.1?干擾模型223
10.1.2?初始條件對控制設(shè)計的影響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?具有實數(shù)極點并且無零點的
穩(wěn)定系統(tǒng)無超調(diào)量232
10.2.3?具有實數(shù)極點和單右半平面零
點的穩(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)定零極點抵消（不
利情況）240
10.3.2?環(huán)外不穩(wěn)定零極點抵消（有
利情況）244
10.4?設(shè)計實例：飛機(jī)俯仰二自由度
控制246
10.4.1?關(guān)于極點配置的重要探討247
10.5?設(shè)計實例：帶太陽能電池板的
衛(wèi)星（配置情況）249
附錄A?輸出極點配置252
附錄B?多項式展開256
附錄C?超調(diào)量256
附錄D?不穩(wěn)定零極點抵消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307
11.3?相對穩(wěn)定性：增益和相位裕度317
11.3.1?相對穩(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