現(xiàn)代控制系統(tǒng)（第14版）

章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論 1
1.1 引言 1
1.2 自動(dòng)控制簡史 4
1.3 控制系統(tǒng)實(shí)例 8
1.4 工程設(shè)計(jì) 13
1.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15
1.6 機(jī)電一體化系統(tǒng) 17
1.7 綠色工程 20
1.8 控制系統(tǒng)前瞻 21
1.9 設(shè)計(jì)實(shí)例 22
1.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 26
1.11 小結(jié) 27
技能自測 27
基礎(chǔ)練習(xí)題 29
一般習(xí)題 31
難題 35
設(shè)計(jì)題 38
技能自測答案 40
術(shù)語和概念 40
第2 章 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 42
2.1 引言 42
2.2 物理系統(tǒng)的微分方程（組） 42
2.3 物理系統(tǒng)的線性近似 46
2.4 拉普拉斯變換 48
2.5 線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 54
2.6 框圖模型 64
2.7 信號(hào)流圖模型 68
2.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 73
2.9 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真 89
2.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 101
2.11 小結(jié) 103
技能自測 104
基礎(chǔ)練習(xí)題 107
一般習(xí)題 114
難題 126
設(shè)計(jì)題 129
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 131
技能自測答案 133
術(shù)語和概念 133
第3 章 狀態(tài)空間模型 136
3.1 引言 136
3.2 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)變量 137
3.3 狀態(tài)微分方程（組） 139
3.4 信號(hào)流圖模型和框圖模型 143
3.5 其他形式的信號(hào)流圖和框圖模型 152
3.6 由狀態(tài)方程求解傳遞函數(shù) 155
3.7 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng) 156
3.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 159
3.9 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析狀態(tài)空間模型 170
3.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 173
3.11 小結(jié) 176
技能自測 176
基礎(chǔ)練習(xí)題 179
一般習(xí)題 183
難題 192
設(shè)計(jì)題 195
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 196
技能自測答案 198
術(shù)語和概念 198
第4 章 反饋控制系統(tǒng)的特性 200
4.1 引言 200
4.2 偏差信號(hào)分析 202
4.3 控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的靈敏度 203
4.4 反饋控制系統(tǒng)的干擾信號(hào) 206
4.5 系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的調(diào)控 210
4.6 穩(wěn)態(tài)誤差 212
4.7 反饋的代價(jià) 214
4.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 215
4.9 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析控制系統(tǒng)特性 223
4.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 229
4.11 小結(jié) 231
技能自測 232
基礎(chǔ)練習(xí)題 235
一般習(xí)題 240
難題 247
設(shè)計(jì)題 250
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 254
技能自測答案 257
術(shù)語和概念 257
第5 章 反饋控制系統(tǒng)的性能 259
5.1 引言 259
5.2 測試輸入信號(hào) 260
5.3 二階系統(tǒng)的性能 262
5.4 零點(diǎn)和第三個(gè)極點(diǎn)對(duì)二階系統(tǒng)響應(yīng)的影響 267
5.5 s 平面上特征根的位置與系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng) 270
5.6 反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 272
5.7 綜合性能指標(biāo) 277
5.8 線性系統(tǒng)的簡化 282
5.9 設(shè)計(jì)實(shí)例 284
5.10 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析系統(tǒng)性能 294
5.11 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 298
5.12 小結(jié) 300
技能自測 301
基礎(chǔ)練習(xí)題 304
一般習(xí)題 308
難題 314
設(shè)計(jì)題 316
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 319
技能自測答案 322
術(shù)語和概念 322
第6 章 線性反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性 324
6.1 穩(wěn)定性的概念 324
6.2 勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù) 327
6.3 反饋控制系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性 333
6.4 狀態(tài)變量系統(tǒng)的穩(wěn)定性 334
6.5 設(shè)計(jì)實(shí)例 336
6.6 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 343
6.7 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 348
6.8 小結(jié) 351
技能自測 351
基礎(chǔ)練習(xí)題 353
一般習(xí)題 357
難題 362
設(shè)計(jì)題 365
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 367
技能自測答案 369
術(shù)語和概念 369
第7 章 根軌跡法 371
7.1 引言 371
7.2 根軌跡的概念 371
7.3 繪制根軌跡 375
7.4 應(yīng)用根軌跡法進(jìn)行參數(shù)的設(shè)計(jì) 387
7.5 靈敏度與根軌跡 391
7.6 PID控制器 395
7.7 負(fù)增益根軌跡 404
7.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 408
7.9 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析根軌跡 416
7.10 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 420
7.11 小結(jié) 421
技能自測 423
基礎(chǔ)練習(xí)題 427
一般習(xí)題 431
難題 442
設(shè)計(jì)題 446
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 453
技能自測答案 455
術(shù)語和概念 455
第8 章 頻率響應(yīng)法 457
8.1 引言 457
8.2 頻率響應(yīng)圖 459
8.3 頻率響應(yīng)測量 476
8.4 頻域性能指標(biāo) 477
8.5 對(duì)數(shù)幅相圖 480
8.6 設(shè)計(jì)實(shí)例 481
8.7 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的頻率響應(yīng)法 488
8.8 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 493
8.9 小結(jié) 495
技能自測 497
基礎(chǔ)練習(xí)題 501
一般習(xí)題 504
難題 514
設(shè)計(jì)題 516
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 519
技能自測答案 521
術(shù)語和概念 521
第9 章 頻域穩(wěn)定性 523
9.1 引言 523
9.2 s 平面上的圍線映射 524
9.3 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) 529
9.4 相對(duì)穩(wěn)定性與奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) 537
9.5 利用頻域方法確定系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo) 542
9.6 系統(tǒng)帶寬 548
9.7 時(shí)延系統(tǒng)的穩(wěn)定性 549
9.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 552
9.9 頻域中的PID控制器 566
9.10 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件分析頻域穩(wěn)定性 567
9.11 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 576
9.12 小結(jié) 577
技能自測 584
基礎(chǔ)練習(xí)題 586
一般習(xí)題 592
難題 603
設(shè)計(jì)題 607
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 612
技能自測答案 614
術(shù)語和概念 614
0 章 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 616
10.1 引言 616
10.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 617
10.3 串聯(lián)校正器 618
10.4 用伯德圖設(shè)計(jì)超前校正器 621
10.5 用根軌跡法設(shè)計(jì)超前校正器 626
10.6 用積分型校正器設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng) 631
10.7 用根軌跡法設(shè)計(jì)滯后校正器 633
10.8 用伯德圖設(shè)計(jì)滯后校正器 636
10.9 在伯德圖上用解析法進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 640
10.10 帶有前置濾波器的反饋控制系統(tǒng) 641
10.11 設(shè)計(jì)具有 小節(jié)拍響應(yīng)的系統(tǒng) 643
10.12 設(shè)計(jì)實(shí)例 645
10.13 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng) 653
10.14 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 658
10.15 小結(jié) 660
技能自測 661
基礎(chǔ)練習(xí)題 664
一般習(xí)題 668
難題 678
設(shè)計(jì)題 681
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 686
技能自測答案 688
術(shù)語和概念 688
1 章 狀態(tài)變量反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì) 689
11.1 引言 689
11.2 能控性和能觀性 690
11.3 全狀態(tài)反饋控制設(shè)計(jì) 694
11.4 觀測器設(shè)計(jì) 698
11.5 觀測器和全狀態(tài)反饋控制的集成 701
11.6 參考輸入信號(hào) 706
11.7 控制系統(tǒng) 708
11.8 內(nèi)模設(shè)計(jì) 714
11.9 設(shè)計(jì)實(shí)例 716
11.10 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)狀態(tài)變量反饋 722
11.11 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 726
11.12 小結(jié) 727
技能自測 728
基礎(chǔ)練習(xí)題 731
一般習(xí)題 733
難題 739
設(shè)計(jì)題 742
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 745
技能自測答案 749
術(shù)語和概念 749
2 章 魯棒控制系統(tǒng) 751
12.1 引言 751
12.2 魯棒控制系統(tǒng)和系統(tǒng)靈敏度 752
12.3 魯棒性分析 755
12.4 含有不確定參數(shù)的系統(tǒng) 758
12.5 魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 759
12.6 魯棒PID控制器設(shè)計(jì) 763
12.7 魯棒內(nèi)?？刂葡到y(tǒng) 767
12.8 設(shè)計(jì)實(shí)例 769
12.9 偽定量反饋系統(tǒng) 778
12.10 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)魯棒控制系統(tǒng) 779
12.11 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 781
12.12 小結(jié) 783
技能自測 784
基礎(chǔ)練習(xí)題 788
一般習(xí)題 789
難題 794
設(shè)計(jì)題 797
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 802
技能自測答案 805
術(shù)語與概念 805
3 章 數(shù)字控制系統(tǒng) 807
13.1 引言 807
13.2 數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用概貌 808
13.3 采樣控制系統(tǒng) 809
13.4 z 變換 811
13.5 閉環(huán)反饋采樣控制系統(tǒng) 814
13.6 二階采樣控制系統(tǒng)的性能 817
13.7 帶有數(shù)字校正器的閉環(huán)系統(tǒng) 819
13.8 數(shù)字控制系統(tǒng)的根軌跡 822
13.9 PID控制器的數(shù)字實(shí)現(xiàn) 824
13.10 設(shè)計(jì)實(shí)例 825
13.11 利用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)數(shù)字控制系統(tǒng) 832
13.12 循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例：磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取系統(tǒng) 837
13.13 小結(jié) 838
技能自測 838
基礎(chǔ)練習(xí)題 841
一般習(xí)題 844
難題 846
設(shè)計(jì)題 847
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)題 849
技能自測答案 850
術(shù)語與概念 850
附錄A MATLAB基礎(chǔ)知識(shí) 851
附錄B MathScript RT模塊入門 867
附錄C 符號(hào)、計(jì)量單位與轉(zhuǎn)換因子 889
附錄D 拉普拉斯變換對(duì) 892
附錄E 矩陣代數(shù)簡介 894
附錄F 分貝轉(zhuǎn)換表 901
附錄G 復(fù)數(shù) 902
附錄H z 變換對(duì) 905
附錄I 用離散時(shí)間近似的方法求線性系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 906
附錄J 設(shè)計(jì)輔助知識(shí)要點(diǎn) 911
參考文獻(xiàn) 916