自動控製 pdf epub mobi txt 電子書 下載2025

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本書介紹瞭反饋控製係統的建模、分析與設計。與其他同類書不同，本書基於指數響應來建立傳遞函數的概念，並從物理學、生物學、信息科學以及經濟學等許多領域中選取反饋實例來進行闡述。

書中先從反饋係統設計與分析的狀態空間工具入手，介紹解的穩定性、李雅普諾夫函數、可達性、狀態反饋的可觀測性以及觀測器，接著建立並解釋瞭頻域工具，其中包括傳遞函數、奈奎斯特分析、PID控製、頻域設計以及魯棒性等。另外，書中每章還提供瞭大量習題。

Karl Johan Åström IEEE會士，瑞典皇傢科學院成員，瑞典皇傢工程科學院副院長，美國國傢工程學院外籍院士。著名的控製理論專傢，在控製理論、控製引擎、計算機控製和自適應控製方麵作齣瞭傑齣的貢獻。曾獲得多項奬勵，如1985年獲ASME Rufus Oldenburger奬，1987年獲IFAC Quazza 奬章，1990年獲IEEE控製係統領域奬，1993年獲IEEE的最高奬項：IEEE榮譽奬章。

Richard M. Murray 著名的控製理論專傢，加利福尼亞技術學院控製與動力係統方麵的教授。研究領域涉及網絡係統的反饋和控製等，當前研究的項目包括新的控製係統架構、生物反饋係統和網絡控製係統。除本書外，還與人閤著瞭《機器人控製的數學入門》一書。

第 1 章 引論　　1
1.1 什麼是反饋　　 1
1.2 什麼是控製　　 3
1.3 反饋實例　　　4
1.3.1 早期技術實例　　　4
1.3.2 發電與輸電　　5
1.3.3 航空與運輸　　6
1.3.4 材料及其處理　　　7
1.3.5 儀器　　8
1.3.6 機器人學與智能機器　　9
1.3.7 網絡與計算係統　　10
1.3.8 經濟學　　11
1.3.9 自然中的反饋　　12
1.4 反饋特性　　.　　14
1.4.1 魯棒性與不確定性　　　14
1.4.2 動態特性的設計　　15
1.4.3 高級自動控製　　16
1.4.4 反饋的缺點　　17
1.4.5 前饋　　17
1.4.6 正反饋　　18
1.5 簡單形式的反饋　　18
1.5.1 通斷控製　　18
1.5.2 PID 控製　　19
1.6 進階閱讀　　　20
習題　　21
第 2 章 係統建模　　 22
2.1 建模的概念.　　22
2.1.1 力學中的闡釋　　22
2.1.2 電氣工程的闡釋　　24
2.1.3 控製的觀點　　25
2.1.4 多學科建模　　26
2.2 狀態空間模型　　27
2.2.1 常微分方程組　　27
2.2.2 差分方程　　30
2.2.3 仿真與分析33
2.3 建模方法　　　35
2.3.1 方框圖　　36
2.3.2 實驗建模　　38
2.3.3 歸一化與定標　　39
2.3.4 模型的不確定性　　40
2.4 建模實例　　　41
2.4.1 運動控製係統　　41
2.4.2 信息係統　　43
2.4.3 生物係統　　47
2.5 進階閱讀　　　49
習題　　49
第 3 章 實例　　　53
3.1 定速巡航控製　　　53
3.2 自行車動態特性模型　　56
3.3 運算放大器電路　　58
3.4 計算係統與網絡　　61
3.4.1 Web 服務器控製　　61
3.4.2 擁塞控製　　63
3.5 原子力顯微鏡　　65
3.6 藥物管理　　　　68
3.6.1 房室模型　　69
3.6.2 胰島素{葡萄糖動態平衡 　70
3.7 種群動態特性　　72
3.7.1 後勤增長模型　　72
3.7.2 捕食者{獵物模型　　72
習題　　73
第 4 章 動態行為　　 76
4.1 求解微分方程　　76
4.2 定性分析　　　78
4.2.1 相圖　　79
4.2.2 平衡點和極限環　　79
4.3 穩定性　　　　81
4.3.1 定義　　81
4.3.2 綫性係統的穩定性　　83
4.3.3 基於綫性近似的穩定性分析 　　86
4.4 李雅普諾夫穩定性分析　　88
4.4.1 李雅普諾夫函數　　88
4.4.2 Krasovski-Lasalle 不變性 原理　　94
4.5 參數化行為與非局部行為　　95
4.5.1 吸引域　　95
4.5.2 分岔　　96
4.5.3 利用反饋進行非綫性動態特性設計　　98
4.6 進階閱讀　　 100
習題　　100
第 5 章 綫性係統　　　104
5.1 基本定義　　 104
5.1.1 綫性特性　　105
5.1.2 時不變性　　107
5.2 矩陣指數　　 108
5.2.1 初始條件響應　　108
5.2.2 約當標準型　　　111
5.2.3 特徵值和模式　　114
5.3 輸入/輸齣響應　　116
5.3.1 捲積方程　　116
5.3.2 坐標不變性　　　118
5.3.3 穩態響應　　120
5.3.4 采樣　　125
5.4 綫性化　　127
5.4.1 平衡點處的雅可比綫性化 　　128
5.4.2 反饋綫性化　　130
5.5 進階閱讀　　 131
習題　　　131
第 6 章 狀態反饋　　　134
6.1 可達性　　134
6.1.1 可達性的定義　　134
6.1.2 可達性的判定　　135
6.1.3 可達標準型　　　138
6.2 基於狀態反饋的穩定化　　141
6.2.1 狀態空間控製器的結構 　　141
6.2.2 可達標準型係統中的狀態反饋　　144
6.2.3 特徵值配置　　　145
6.3 狀態反饋的設計　　147
6.3.1 二階係統　　147
6.3.2 高階係統　　151
6.3.3 綫性二次調節器　　153
6.4 積分作用　　 157
6.5 進階閱讀　　 159
習題　　160
第 7 章 輸齣反饋　　　163
7.1 可測性　　　163
7.1.1 可測性的定義　　163
7.1.2 可測性的檢驗　　164
7.1.3 可測標準型　　　166
7.2 狀態估算　　 167
7.2.1 觀測器　　167
7.2.2 觀測器增益的計算　　170
7.3 基於狀態估計的控製　　171
7.4 卡爾曼濾波器　　174
7.5 一種通用控製器結構　　177
7.5.1 前饋　　177
7.5.2 綫性係統的卡爾曼解構　　 180
7.5.3 計算機實現　　181
7.6 進階閱讀　　 183
習題　　183
第 8 章 傳遞函數　　　185
8.1 頻域建模　　 185
8.2 傳遞函數的推導　　186
8.2.1 指數信號的傳輸　　186
8.2.2 坐標的改變　　　189
8.2.3 綫性係統的傳遞函數　　189
8.2.4 增益、極點和零點　　192
8.3 方框圖和傳遞函數　　　195
8.3.1 控製係統的傳遞函數　　196
8.3.2 極點/零點抵消　　199
8.3.3 代數環　　200
8.4 伯德圖　　201
8.4.1 伯德圖的繪製及解釋　　202
8.4.2 由實驗獲得傳遞函數　　207
8.5 拉普拉斯變換　　209
8.6 進階閱讀　　 210
習題　　.211
第 9 章 頻域分析法　　215
9.1 環路傳遞函數　　215
9.2 奈奎斯特判據　　217
9.2.1 奈奎斯特圖　　217
9.2.2 條件穩定性　　　221
9.2.3 通用奈奎斯特判據　　221
9.2.4 奈奎斯特穩定定理的推導 　　222
9.3 穩定裕度　　 223
9.4 伯德圖關係和最小相位係統　　227
9.5 增益和相位的廣義概念　　229
9.5.1 係統增益　　229
9.5.2 小增益和無源性　　230
9.5.3 描述函數　　231
9.6 進階閱讀　　 232
習題　　　233
第 10 章 PID 控製　　235
10.1 基本控製功能　　235
10.2 用於復雜係統的簡化控製器　　239
10.3 PID 整定　　242
10.3.1 Ziegler-Nichols 整定　　242
10.3.2 延遲反饋　　　244
10.4 積分器飽和　　245
10.5 實現　　247
10.5.1 濾波微分　　　247
10.5.2 給定加權　　　247
10.5.3 基於運算放大器的實現　　 248
10.5.4 計算機實現　　249
10.6 進階閱讀.　　250
習題　　251
第 11 章 頻域設計　　253
11.1 靈敏度函數　　253
11.2 前饋設計　　256
11.3 性能指標　　258
11.3.1 對參考信號的響應　　258
11.3.2 對負載乾擾及測量噪聲的響應　　259
11.4 基於環路整形的反饋設計　　261
11.4.1 設計考慮因素　　261
11.4.2 超前和滯後補償　　262
11.5 基本限製因素　　265
11.5.1 右半平麵極點、零點以及時間延遲　　265
11.5.2 波特積分公式　　268
11.5.3 波特公式的推導　　271
11.6 設計實例.　　272
11.7 進階閱讀.　　275
習題　　275
第 12 章 魯棒性能　　278
12.1 建模的不確定性　　278
12.1.1 未被建模的動態特性 　　279
12.1.2 兩個係統的相似 || 維尼科姆度量　　280
12.2 存在不確定性時的穩定性　　282
12.2.1 應用奈奎斯特判據判斷魯棒穩定性　　282
12.2.2 Youla 參數化　　285
12.3 存在不確定性時的性能　　287
12.3.1 乾擾衰減　　　287
12.3.2 參考信號的跟蹤　　288
12.4 魯棒性極點配置　　290
12.4.1 慢穩過程零點　　290
12.4.2 快穩過程極點　　292
12.4.3 極點配置的設計準則　　 293
12.5 魯棒性能設計　　296
12.5.1 定量反饋理論　　296
12.5.2 綫性二階控製　　297
12.5.3 H1 控製　　　　　297
12.5.4 乾擾加權　　　299
12.5.5 魯棒設計的局限299
12.6 進階閱讀　　300
習題　　　300
參考文獻　　　302
· · · · · · (收起)