用Python輕松設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)

譯者序
前言
第1章　什么是控制 1
1.1　日常生活中的控制 3
1.2　反饋控制 4
1.3　控制工程的作用 6
1.4　本書概要 8
第2章　Python基礎(chǔ) 12
2.1　搭建Python環(huán)境 14
2.2　Jupyter Notebook的使用方法 14
2.3　Python基礎(chǔ) 18
2.3.1　數(shù)據(jù)和類型 19
2.3.2　流程控制 24
2.3.3　函數(shù)定義 27
2.3.4　閉包、lambda表達(dá)式、生成器、列表生成式 28
2.3.5　模塊 30
2.4　本書中用到的模塊 31
2.4.1　Numpy 31
2.4.2　Matplotlib 33
2.4.3　Scipy 37
2.4.4　Sympy 38
2.4.5　Python-Control 39
第3章　控制系統(tǒng)建模 43
3.1　描述動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 45
3.1.1　手推車的模型 46
3.1.2　垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的模型 46
3.1.3　RCL電路的模型 47
3.1.4　放大電路的模型 48
3.1.5　控制工程中使用的模型描述 49
3.2　傳遞函數(shù)模型 50
3.2.1　手推車和機(jī)械臂的傳遞函數(shù)模型 52
3.2.2　RCL電路和放大電路的傳遞函數(shù)模型 52
3.2.3　用Python表述模型 53
3.3　狀態(tài)空間模型 55
3.3.1　手推車和機(jī)械臂的狀態(tài)空間模型 57
3.3.2　RCL電路和放大電路的狀態(tài)空間模型 58
3.3.3　用Python表述模型 59
3.4　框圖 60
3.4.1　串聯(lián) 61
3.4.2　并聯(lián) 61
3.4.3　反饋 62
第4章　被控對象的行為 69
4.1　時(shí)域響應(yīng) 71
4.1.1　一階滯后系統(tǒng) 72
4.1.2　二階滯后系統(tǒng) 77
4.2　狀態(tài)空間模型的時(shí)域響應(yīng) 83
4.3　穩(wěn)定性 88
4.3.1　輸入輸出穩(wěn)定性 88
4.3.2　漸進(jìn)穩(wěn)定性 91
4.4　極點(diǎn)與系統(tǒng)行為的關(guān)系 93
4.5　頻域響應(yīng) 95
4.5.1　一階滯后系統(tǒng) 100
4.5.2　二階滯后系統(tǒng) 102
第5章　關(guān)注閉環(huán)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 109
5.1　閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)格 111
5.1.1　穩(wěn)定性 111
5.1.2　時(shí)域響應(yīng)特性 113
5.1.3　頻域響應(yīng)特性 113
5.1.4　閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)格 114
5.2　PID控制 115
5.2.1　P控制的性能分析 116
5.2.2　PD控制 119
5.2.3　PID控制 122
5.3　二自由度控制 127
5.4　使用臨界比例度法進(jìn)行增益調(diào)整 131
5.5　使用模型匹配法進(jìn)行增益調(diào)整 134
5.6　狀態(tài)反饋控制 138
5.6.1　極點(diǎn)配置法 139
5.6.2　調(diào)節(jié)器 142
第6章　關(guān)注開環(huán)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 152
6.1　開環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)格 154
6.1.1　穩(wěn)定性 154
6.1.2　快速性與阻尼特性 160
6.1.3　穩(wěn)態(tài)誤差 162
6.1.4　開環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)格 163
6.2　PID控制 163
6.2.1　P控制 163
6.2.2　PI控制 165
6.2.3　PID控制 167
6.3　相位超前校正和相位滯后校正 172
6.3.1　相位滯后校正 172
6.3.2　相位超前校正 174
6.3.3　垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 175
第7章　高級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 184
7.1　使用觀測器的輸出反饋控制 186
7.2　魯棒控制 193
7.3　數(shù)字化實(shí)現(xiàn) 200
7.3.1　使用零階保持的離散化 201
7.3.2　使用雙線性變換的離散化 202
附錄　數(shù)學(xué)補(bǔ)充內(nèi)容 208