《現代控制工程（第四版）》是2003年電子工業出版社出版的圖書，作者是Katsuhiko Ogata，譯者是盧伯英等。
基本介紹
- 書名：現代控制工程（第四版）
- 又名：Modern control engineering
- 裝幀：簡裝
- 開本：16
- 技術：MATLAB
- 方法：基本控制作用
簡介,目錄,
簡介
這是一本為工科高年級學生寫的教科書，可以作為控制系統領域的首門課程的教材。本書詳盡地論述了連續控制系統的分析和研究方法，包括常用時間函式的拉普拉斯變換和基本的拉普拉斯變換定理，動態系統的數學模型，一階和二階系統的瞬態回響分析，工業自動控制器(如氣動、液壓、電子控制器)的基本控制作用，根軌跡分析，控制系統的頻率回響分析，基本的和變形的PID控制，套用頻率回響法進行設計和補償的技術，控制系統的狀態空間分析及可控性和可觀測性，控制系統的狀態空間分析法。書中所有計算方面的問題，都採用MATLAB求解。
目錄
1.1 引言第1章 控制系統簡介
1.1.1 歷史的回顧
1.1.2 定義
1.2 控制系統舉例
1.2.1 速度控制系統
1.2.2 溫度控制系統
1.2.3 業務系統
1.3 閉環控制和開環控制
1.3.1 反饋控制系統
1.3.2 閉環控制系統
1.3.3 開環控制系統
1.3.4 閉環與開環控制系統的比較
1.4 本書概貌
第2章 拉普拉斯變換*
2.1 引言
2.2 復變數和複變函數
2.2.1 復變數
2.2.2 複變函數
2.2.3 尤拉定理
2.3 拉普拉斯變換
2.3.1 拉普拉斯變換的存在
2.3.2 指數函式
2.3.3 階躍函式
2.3.4 斜坡函式
2.3.5 正弦函式
2.3.6 說明
2.3.7 平移函式
2.3.8 脈動函式
2.3.9 脈衝函式
2.3.10 f(t)與e-αt相乘
2.3.11 時間比例尺的改變
2.3.12 關於拉普拉斯積分下限的說明
2.4 拉普拉斯變換定理
2.4.1 實微分定理
2.4.2 終值定理
2.4.3 初值定理
2.4.4 實積分定理
2.4.5 復微分定理
2.4.6 卷積積分
2.4.7 兩個時間函式乘積的拉普拉斯變換
2.4.8 小結
2.5 拉普拉斯反變換
2.5.1 求拉普拉斯反變換的部分分式展開法
2.5.2 只包含不同極點的F(s)的部分分式展開
2.5.3 包含多重極點的F(s)的部分分式展開
2.5.4 說明
2.6 用MATLAB進行部分分式展開
2.6.1 用MATLAB進行部分分式展開
2.6.2 用MATLAB求B(s)/A(s)的零點和極點
2.7 解線性定常微分方程
例題和解答
習題
第3章 動態系統的數學模型
3.1 引言
3.1.1 數學模型
3.1.2 簡化性和精確性
3.1.3 線性系統
3.1.4 線性定常系統和線性時變系統
3.1.5 本章要點
3.2 傳遞函式和脈衝回響函式
3.2.1 傳遞函式
3.2.2 傳遞函式的說明
3.2.3 卷積積分
3.2.4 脈衝回響函式
3.3 自動控制系統
3.3.1 方塊圖
3.3.2 閉環系統的方塊圖
3.3.3 開環傳遞函式和前向傳遞函式
3.3.4 閉環傳遞函式
3.3.5 用MATLAB求串聯、並聯和反饋(閉環)傳遞函式
3.3.6 自動控制器
3.3.7 工業控制器分類
3.3.8 雙位或開關控制作用
3.3.9 比例控制作用
3.3.10 積分控制作用
3.3.11 比例-加-積分控制作用
3.3.12 比例-加-微分控制作用
3.3.13 比例-加-積分-加-微分控制作用
3.3.14 擾動作用下的閉環系統
3.3.15 畫方塊圖的步驟
3.3.16 方塊圖的簡化
3.4 狀態空間模型
3.4.1 現代控制理論
3.4.2 現代控制理論與傳統控制理論的比較
3.4.3 狀態
3.4.4 狀態變數
3.4.5 狀態向量
3.4.6 狀態空間
3.4.7 狀態空間方程
3.4.8 傳遞函式與狀態空間方程之間的關係
3.4.9 傳遞矩陣
3.5 動態系統的狀態空間表達式
3.5.1 線性微分方程作用函式中不包含導數項的n階系統的狀態空間表達式
3.5.2 線性微分方程作用函式中包含導數項的n階系統的狀態空間表達式
3.6 用MATLAB進行數學模型變換
3.6.1 由傳遞函式變換為狀態空間表達式
3.6.2 由狀態空間表達式變換為傳遞函式
3.7 機械系統
3.8 電氣和電子系統
3.8.1 LRC電路
3.8.2 狀態空間表示
3.8.3 串聯元件的傳遞函式
3.8.4 復阻抗
3.8.5 無負載效應串聯元件的傳遞函式
3.8.6 電子控制器
3.8.7 運算放大器
3.8.8 反相放大器
3.8.9 非反相放大器
3.8.10 求傳遞函式的阻抗法
3.8.11 利用運算放大器構成的超前或滯後網路
3.8.12 利用運算放大器構成的PID控制器
3.9 信號流圖
3.9.1 信號流圖
3.9.2 定義
3.9.3 信號流圖的性質
3.9.4 信號流圖代數
3.9.5 線性系統的信號流圖表示法
3.9.6 控制系統的信號流圖
3.9.7 信號流圖的梅遜增益公式
3.9.8 小結
3.10 非線性數學模型的線性化
3.10.1 非線性系統的線性化
3.10.2 非線性數學模型的線性近似
例題和解答
習題
第4章 流體系統和熱力系統的數學模型?*
4.1 引言
4.2 液位系統
4.2.1 液位系統的液阻和液容
4.2.2 液位系統
4.2.3 相互有影響的液位系統
4.3 氣動系統
4.3.1 氣動系統和液壓系統之間的比較
4.3.2 氣動系統
4.3.3 壓力系統的氣阻和氣容
4.3.4 壓力系統
4.3.5 氣動噴嘴擋板放大器
4.3.6 氣動接續器
4.3.7 氣動比例控制器(力距離型)
4.3.8 氣動比例控制器(力平衡型)
4.3.9 氣動執行閥
4.3.10 獲得微分控制作用的基本原理
4.3.11 獲得氣動比例加積分控制作用的方法
4.3.12 獲得氣動比例加積分加微分控制作用的方法
4.4 液壓系統
4.4.1 液壓系統
4.4.2 液壓系統的優缺點
4.4.3 說明
4.4.4 液壓伺服系統
4.4.5 液壓積分控制器
4.4.6 液壓比例控制器
4.4.7 緩衝器
4.4.8 獲得液壓比例加積分控制作用的方法
4.4.9 獲得液壓比例加微分控制作用的方法
4.4.10 獲取液壓比例加積分加微分控制作用的方法
4.5 熱力系統
4.5.1 熱阻和熱容
4.5.2 熱力系統
例題和解答
習題
第5章 瞬態回響和穩態回響分析
5.1 引言
5.1.1 典型試驗信號
5.1.2 瞬態回響和穩態回響
5.1.3 絕對穩定性、相對穩定性和穩態誤差
5.1.4 本章要點
5.2 一階系統
5.2.1 一階系統的單位階躍回響
5.2.2 一階系統的單位斜坡回響
5.2.3 一階系統的單位脈衝回響
5.2.4 線性定常系統的重要特性
5.3 二階系統
5.3.1 伺服系統
5.3.2 二階系統的階躍回響
5.3.3 瞬態回響指標的定義
5.3.4 關於瞬態回響指標的幾點說明
5.3.5 二階系統及其瞬態回響指標
5.3.6 帶速度反饋的伺服系統
5.3.7 二階系統的脈衝回響
5.4 高階系統
5.4.1 高階系統的瞬態回響
5.4.2 閉環主導極點
5.4.3 複平面上的穩定性分析
5.5 用MATLAB進行瞬態回響分析
5.5.1 引言
5.5.2 線性系統的MATLAB表示
5.5.3 在圖形螢幕上書寫文本
5.5.4 標準二階系統的MATLAB描述
5.5.5 求傳遞函式系統的單位階躍回響
5.5.6 用MATLAB作單位階躍回響曲線的三維圖
5.5.7 用MATLAB求上升時間、峰值時間、最大過調量和調整時間
5.5.8 脈衝回響
5.5.9 求脈衝回響的另一種方法
5.5.10 斜坡回響
5.5.11 在狀態空間中定義的系統的單位斜坡回響
5.5.12 求對任意輸入信號的回響
5.5.13 對初始條件的回響
5.5.14 對初始條件的回響(狀態空間方法，情況1)
5.5.15 對初始條件的回響(狀態空間方法，情況2)
5.5.16 利用命令lnitial求對初始條件的回響
5.6 用MATLAB解題舉例
5.6.1 機械振動系統
5.6.2 用MATLAB求解
5.7 勞斯穩定判據
5.7.1 勞斯穩定判據簡介
5.7.2 特殊情況
5.7.3 相對穩定性分析
5.7.4 勞斯穩定判據在控制系統分析中的套用
5.8 積分和微分控制作用對系統性能的影響
5.8.1 積分控制作用
5.8.2 系統的比例控制
5.8.3 系統的積分控制
5.8.4 對轉矩擾動的回響(比例控制)
5.8.5 對轉矩擾動的回響(比例?加?積分控制)
5.8.6 微分控制作用
5.8.7 帶慣性負載系統的比例控制
5.8.8 具有慣性負載系統的比例?加?微分控制
5.8.9 二階系統的比例?加?微分控制
5.9 單位反饋控制系統中的穩態誤差
5.9.1 控制系統的分類
5.9.2 穩態誤差
5.9.3 靜態位置誤差常數K?p[WTBZ]
5.9.4 靜態速度誤差常數K?v
5.9.5 靜態加速度誤差常數K?a
5.9.6 小結
例題和解答
習題
第6章 根軌跡分析
6.1 引言
6.1.1 根軌跡法
6.1.2 本章要點
6.2 根軌跡圖
6.2.1 輻角和幅值條件
6.2.2 示例
6.3 根軌跡作圖的一般規則
6.3.1 根軌跡作圖的一般規則
6.3.2 關於根軌跡圖的說明
6.3.3 G(s)的極點與H(s)的零點的抵消
6.3.4 典型的極?零點分布及其相應的根軌跡
6.3.5 小結
6.4 用MATLAB作根軌跡圖
6.4.1 用MATLAB作根軌跡圖
6.4.2 定常ζ軌跡和定常ω?n軌跡
6.4.3 根軌跡與定常增益軌跡的正交性
6.4.4 求根軌跡上任意點的增益K值
6.4.5 非最小相位系統
6.5 正反饋系統
6.6 條件穩定系統
6.7 具有傳遞延遲的系統的根軌跡
6.7.1 傳遞延遲和停歇時間的近似
6.7.2 停歇時間的MATLAB近似計算
例題和解答
習題
第7章 控制系統設計的根軌跡法
7.1 引言
7.1.1 性能指標
7.1.2 用根軌跡法進行設計
7.1.3 系統的校正
7.1.4 串聯校正和並聯(或反饋)校正
7.1.5 校正裝置
7.1.6 設計步驟
7.1.7 本章要點
7.2 初步設計研究
7.2.1 控制系統設計的根軌跡法
7.2.2 增加極點的影響
7.2.3 增加零點的影響
7.3 超前校正
7.3.1 超前校正裝置
7.3.2 基於根軌跡法的超前校正技術
7.4 滯後校正
7.4.1 採用運算放大器的電子滯後校正裝置
7.4.2 基於根軌跡法的滯後校正
7.4.3 用根軌跡法進行滯後校正設計的步驟
7.5 滯後超前校正
7.5.1 利用運算放大器構成的電子滯後超前校正裝置
7.5.2 基於根軌跡法的滯後超前校正方法
7.6 並聯校正
7.6.1 並聯校正系統設計的基本原理
7.6.2 速度反饋系統
例題和解答
習題
第8章 頻率回響分析
8.1 引言
8.1.1 求系統對正弦輸入信號的穩態輸出
8.1.2 用圖形表示頻率回響特性
8.1.3 本章要點
8.2 伯德圖
8.2.1 伯德圖或對數坐標圖
8.2.2 G(jω)H(jω)的基本因子
8.2.3 增益K
8.2.4 積分和微分因子 (jω)1?
8.2.5 一階因子(1+jωT)???1?
8.2.6 二階因子1+2ζ(jω/ω?n)+(jω/ωn)21?
8.2.7 諧振頻率ωr和諧振峰值Mr
8.2.8 繪製伯德圖的一般步驟
8.2.9 最小相位系統和非最小相位系統
8.2.10 傳遞延遲
8.2.11 系統類型與對數幅值曲線之間的關係
8.2.12 靜態位置誤差常數的確定
8.2.13 靜態速度誤差常數的確定
8.2.14 靜態加速度誤差常數的確定
8.3 用MATLAB作伯德圖
8.4 極坐標圖
8.4.1 積分和微分因子(jω)1?
8.4.2 一階因子(1+jωT)1?
8.4.3 二階因子1+2ζ(jω/ω?n)+(jω/ωn)21?
8.4.4 極坐標圖的一般形狀
8.5 用MATLAB作奈奎斯特圖
8.5.1 注意事項
8.5.2 定義在狀態空間的系統的奈奎斯特圖畫法
8.6 對數幅?相圖
8.7 奈奎斯特穩定判據
8.7.1 預備知識
8.7.2 映射定理
8.7.3 映射定理在閉環系統穩定性分析中的套用
8.7.4 奈奎斯特穩定判據
8.7.5 關於奈奎斯特穩定判據的幾點說明
8.7.6 G(s)H(s)含有位於jω軸上的極點和(或)零點的特殊情況
8.8 穩定性分析
8.8.1 條件穩定系統
8.8.2 多迴路系統
8.8.3 套用於逆極坐標圖上的奈奎斯特穩定判據
8.8.4 利用改變的奈奎斯特軌跡分析相對穩定性
8.9 相對穩定性
8.9.1 通過保角變換進行相對穩定性分析
8.9.2 相位裕量和增益裕量
8.9.3 關於相位裕量和增益裕量的幾點說明
8.9.4 用MATLAB求增益裕量、相位裕量、相位交界頻率和增益交界頻率
8.9.5 諧振峰值幅值M?r和諧振峰值頻率ω?r
8.9.6 標準二階系統中階躍瞬態回響與頻率回響之間的關係
8.9.7 一般系統中的階躍瞬態回響與頻率回響之間的關係
8.9.8 截止頻率和頻寬
8.9.9 剪下率
8.9.10 獲得諧振峰值、諧振頻率和頻寬的MATLAB方法
8.10 單位反饋系統的閉環頻率回響
8.10.1 閉環頻率回響
8.10.2 等幅值軌跡(M圓)
8.10.3 等相角軌跡(N圓)
8.10.4 尼柯爾斯圖
8.11 傳遞函式的實驗確定法
8.11.1 正弦信號產生器
8.11.2 由伯德圖求最小相位傳遞函式
8.11.3 非最小相位傳遞函式
8.11.4 關於實驗確定傳遞函式的幾點說明
例題和解答
習題
第9章 控制系統設計的頻率回響法
9.1 引言
9.1.1 控制系統設計的頻率回響法
9.1.2 從開環頻率回響可以獲得的信息
9.1.3 對開環頻率回響的要求
9.1.4 超前、滯後和滯後超前校正的基本特性
9.1.5 本章要點
9.2 超前校正
9.2.1 超前校正裝置的特性
9.2.2 基於頻率回響法的超前校正
9.3 滯後校正
9.3.1 滯後校正裝置的特性
9.3.2 基於頻率回響法的滯後校正
9.3.3 關於滯後校正的一些說明
9.4 滯後超前校正
9.4.1 滯後超前校正裝置的特性
9.4.2 基於頻率回響法的滯後超前校正
9.5 結論
9.5.1 超前、滯後和滯後超前校正的比較
9.5.2 圖形對比
9.5.3 反饋校正
9.5.4 不希望極點的抵消
9.5.5 不希望的共軛複數極點的抵消
9.5.6 結束語
例題和解答
習題
第10章 PID控制與二自由度控制系統
10.1 引言
10.2 PID控制器的調節法則
10.2.1 控制對象的PID控制
10.2.2 用來調整PID控制器的齊格勒尼柯爾斯法則
10.2.3 第一種方法
10.2.4 第二種方法
10.2.5 說明
10.3 求最佳參數值集合的計算方法
10.4 PID控制方案的修正
10.4.1 PID控制
10.4.2 IPD控制
10.4.3 二自由度PID控制
10.5 二自由度控制
10.6 改善回響特性的零點配置法
10.6.1 零點配置
10.6.2 對系統回響特性的要求
10.6.3 確定G c2
10.6.4 零點配置
例題和解答
習題
第11章 控制系統的狀態空間分析
11.1 引言*
11.2 傳遞函式的狀態空間表達式
11.2.1 狀態空間標準形的表達式
11.2.2 n×n維矩陣A的特徵值
11.2.3 n×n維矩陣的對角化
11.2.4 特徵值的不變性
11.2.5 狀態變數組的非惟一性
11.3 用MATLAB進行系統模型變換
11.3.1 傳遞函式系統的狀態空間表達式
11.3.2 由狀態空間表達式到傳遞函式的變換
11.4 定常系統狀態方程的解
11.4.1 齊次狀態方程的解
11.4.2 矩陣指數
11.4.3 齊次狀態方程的拉普拉斯變換解法
11.4.4 狀態轉移矩陣
11.4.5 狀態轉移矩陣的性質
11.4.6 非齊次狀態方程的解
11.4.7 非齊次狀態方程的拉普拉斯變換解法
11.4.8 初始狀態為x(t0)的解
11.5 向量矩陣分析中的若干結果
11.5.1 凱萊 哈密爾頓定理
11.5.2 最小多項式
11.5.3 矩陣指數eAt
11.5.4 向量的線性無關
11.6 可控性
11.6.1 可控性和可觀測性
11.6.2 連續時間系統的狀態完全可控性
11.6.3 狀態完全可控性條件的另一種形式
11.6.4 在s平面上狀態完全可控的條件
11.6.5 輸出可控性
11.6.6 不可控系統
11.6.7 可穩定性
11.7 可觀測性
11.7.1 連續時間系統的完全可觀測性
11.7.2 在s平面上完全可觀測性的條件
11.7.3 注釋
11.7.4 完全可觀測性條件的另一種形式
11.7.5 對偶原理
11.7.6 可檢測性
例題和解答
習題
第12章 控制系統的狀態空間設計
12.1 引言
12.2 極點配置
12.2.1 極點配置設計
12.2.2 任意配置極點的充分必要條件
12.2.3 用變換矩陣T確定矩陣K
12.2.4 用直接代入法確定矩陣K
12.2.5 用愛克曼公式確定矩陣K
12.2.6 調節器系統和控制系統
12.2.7 選擇希望的閉環極點的位置
12.2.8 注釋
12.3 用MATLAB解極點配置問題
12.4 伺服系統設計
12.4.1 當控制對象含有一個積分器時的I型伺服系統設計
12.4.2 當控制對象無積分器時I型伺服系統的設計
12.4.3 系統的單位階躍回響特性
12.5 狀態觀測器簡介
12.5.1 狀態觀測器
12.5.2 全階狀態觀測器
12.5.3 對偶問題
12.5.4 狀態觀測的充分必要條件
12.5.5 求狀態觀測器增益矩陣Ke的變換法
12.5.6 求狀態觀測器增益矩陣Ke的直接代入法
12.5.7 愛克曼公式
12.5.8 最佳Ke選擇的注釋
12.5.9 觀測器的引入對閉環系統的影響
12.5.10 控制器觀測器的傳遞函式
12.5.11 最小階觀測器
12.5.12 具有最小階觀測器的觀測狀態反饋控制系統
12.5.13 用MATLAB確定觀測器增益矩陣Ke
12.5.14 控制器最小階觀測器的傳遞函式
12.6 帶觀測器的調節器系統設計
12.7 帶觀測器的控制系統設計
12.7.1 帶觀測器的控制系統設計說明
12.7.2 狀態空間設計法結語
12.8 二次型最佳調節器系統
12.8.1 二次型最佳調節器問題
12.8.2 用MATLAB解二次型最佳調節器問題
12.8.3 結論
