动态系统的反馈控制

本书共分为10章，利用根轨迹、频率响应和状态变量方程等三种方法，将控制系统的分析和设计结合起来。靠前章通过实例综述了反馈的基本思想和一些关键的设计问题。第2~4章是本书的基础，主要介绍了动态系统的建模、控制领域中常用的动态响应，以及反馈控制的基本特征及优越性。第5~7章为本书的核心，分别介绍了基于根轨迹，频率响应和状态变量反馈的设计方法。在此基础上，第8章通过描述数字控制系统基本结构，介绍了应用数字计算机实现反馈控制系统设计所需的工具。第9章介绍非线性系统，描述函数的频率响应、相平面、李雅普诺夫稳定性理论以及圆稳定性判据。靠前0章将三种基本设计方法相结合，给出了通用的控制系统设计方法，并将该方法应用到几种复杂的实际系统中。

吉恩·F·富兰克林（Gene F.Franklin），曾任美国斯坦福大学电气工程系教授。靠前有名控制学家，IEEE终身会士。曾任斯坦福大学电气工程系主任、IEEE控制系统学会理事、副，其研究领域覆盖了控制的各个方面。2005年，因其对多个控制领域的基础性贡献曾荣获美国自动控制学会的奖——Bellman奖。
J.大卫·鲍威尔（J.David Powell），美国斯坦福大学教授，1970年获得斯坦福大学航空航天专业博士，目前从事的专业是导航与控制，主要研究内容为航天飞船及地面车辆的GPS导航控制系统。

出版者的话
译者序
前言
第1章反馈控制的概述与简史1
1.1一个简单的反馈系统2
1.2反馈控制的初步分析4
1.3反馈系统的基本问题6
1.4简史7
1.5本书概述10
小结11
复习题12
习题12
第2章动态模型14
2.1机械系统动力学14
2.2电路模型26
2.3机电系统模型29
2.4热流体和热流量模型33
2.5历史展望39
小结41
复习题41
习题41
第3章动态响应47
3.1拉普拉斯变换回顾47
3.2系统模型框图68
3.3极点位置的作用71
3.4时域指标76
3.5零点和附加极点的作用79
3.6稳定性84
3.7从实验数据中获取模型：系统辨识90
3.8幅值和时间尺度90
3.9历史展望90
小结91
复习题91
习题91
第4章反馈系统初步分析102
4.1控制的基本方程102
4.2多项式输入的稳态误差控制：系统类型107
4.3三项控制器：PID控制112
4.4被控对象模型逆的前馈控制121
4.5数字控制介绍122
4.6时域响应对参数变化的灵敏度122
4.7历史展望123
小结124
复习题124
习题124
第5章根轨迹设计方法133
5.1基本反馈控制系统的根轨迹133
5.2确定根轨迹的规则136
5.3根轨迹示例142
5.4动态补偿设计149
5.5应用根轨迹设计示例155
5.6根轨迹法的扩展159
5.7历史展望162
小结164
复习题164
习题164
第6章频率响应设计法173
6.1频率响应173
6.2中性稳定187
6.3奈奎斯特稳定判据188
6.4稳定裕度197
6.5伯德图的幅相关系201
6.6闭环频率响应204
6.7补偿205
6.8时滞225
6.9频率特性的其他图示方法226
6.10历史展望229
小结230
复习题231
习题231
第7章状态空间设计243
7.1状态空间的优点243
7.2系统状态空间描述244
7.3框图与状态空间249
7.4状态方程的分析250
7.5全状态反馈控制律设计263
7.6为良好设计选取极点位置272
7.7估计器设计278
7.8补偿器设计：复合控制律与估计器287
7.9估计器中引入参考输入294
7.10积分控制与鲁棒跟踪301
7.11回路传递恢复315
7.12有理传递函数的直接设计319
7.13具有纯滞后的系统设计321
7.14状态方程的解324
7.15历史展望324
小结325
复习题327
习题327
第8章数字控制339
8.1数字化339
8.2离散系统的动态分析341
8.3通过离散化等效进行设计346
8.4硬件特性353
8.5采样速率的选择356
8.6离散化设计357
8.7状态空间设计法362
8.8历史展望362
小结362
复习题363
习题363
第9章非线性系统366
9.1引言与动机：为什么研究非线性系统366
9.2线性化分析368
9.3使用根轨迹进行等价增益分析372
9.4使用频率响应进行等价增益分析：描述函数法378
9.5基于稳定性的分析和设计385
9.6历史回顾397
小结398
复习题398
习题398
第10章控制系统设计：原理与案例研究404
10.1控制系统设计概要405
10.2卫星姿态控制设计408
10.3波音747的横向和纵向控制418
10.4汽车发动机的空燃比控制428
10.5硬盘读/写磁头组件控制433
10.6半导体晶片生产中快速热处理系统的控制438
10.7大肠杆菌的趋药性以及如何远离困境448
10.8历史展望453
小结455
复习题456
习题456
附录A拉普拉斯变换463
附录B复习题参考答案473
附录CMatlab命令479
索引484