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內容簡介

　　本書通過Matlab/Simulink基礎工具闡述控制系統(tǒng)的建模、分析和設計。在系統(tǒng)建模與控制導論中，Chiasson博士為電氣、機械和航空航天/航空工程專業(yè)的學生提供了一個易于理解且直觀的建模與控制指南。本書首先介紹了控制的必要性，描述了飛機是如何飛行的，并分別用副翼、升降舵和方向舵進行了橫搖、俯仰和偏航控制的圖示。本書將繼續(xù)介紹單軸剛體動力學（齒輪、大車沿斜坡滾動），然后對直流電機、直流轉速表和光學編碼器進行建模。利用這些動態(tài)模型的傳遞函數(shù)表示，引入PID控制器作為跟蹤階躍輸入和抑制恒定干擾的有效方法。

作者簡介

　　約翰·基亞松（John Chiasson）博士是IEEE會士，現(xiàn)為博伊西州立大學電子與計算機工程系副教授。他曾在波音、霍尼韋爾、ABB公司和橡樹嶺國家重點實驗室工作。他的研究興趣在于系統(tǒng)和控制領域。著有Modeling and High-Performance Control of Electric Machines（John Wiley & Sons， 2005）、An Introduction to Probability Theory and Stochastic Processes（John Wiley & Sons， 2013）等技術專著。

圖書目錄

目?錄
譯者序
前言
縮略語表
第1章?引言1
1.1?飛機1
1.1.1?使用升降舵控制俯仰3
1.1.2?使用副翼控制滾轉3
1.1.3?使用方向舵控制偏航3
1.1.4?控制飛機3
1.1.5?自動控制（自動駕駛儀）4
1.2?四旋翼無人機4
1.2.1?自動控制7
1.3?倒立擺7
1.3.1?控制問題8
1.4?磁懸浮8
1.4.1?數(shù)學模型9
1.4.2?控制問題9
1.5?一般控制問題9
第2章?拉普拉斯變換11
2.1?拉普拉斯變換的性質13
2.2?部分分式展開17
2.2.1?非嚴格正則有理函數(shù)26
2.3?極點和零點27
2.4?極點和部分分式28
附錄?指數(shù)函數(shù)30
習題33
第3章?微分方程與穩(wěn)定性38
3.1?微分方程38
3.1.1?正弦穩(wěn)態(tài)響應39
3.2?相量法求解41
3.2.1?小結44
3.3?終值定理45
3.4?穩(wěn)定傳遞函數(shù)50
3.4.1?終值定理與穩(wěn)定傳遞函數(shù)51
3.4.2?小結52
3.5?勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性檢驗53
3.5.1?勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)54
*3.5.2?特殊情況：勞斯表的一行元素
為058
*3.5.3?特殊情況：第一列為0，但該
行其他元素不完全為061
習題63
第4章?質量-彈簧-阻尼系統(tǒng)72
4.1?機械功72
4.2?質量-彈簧-阻尼系統(tǒng)建模73
4.3?仿真78
習題80
第5章?剛體轉動動力學87
5.1?轉動慣量87
5.2?牛頓轉動運動定律88
5.2.1?黏性轉動摩擦89
5.2.2?轉矩的符號規(guī)定89
5.3?齒輪94
5.3.1?兩個齒輪間的代數(shù)關系94
5.3.2?兩個齒輪間的動態(tài)關系95
5.3.3?張力98
5.4?滾動柱體99
5.4.1?結合平移和轉動運動99
5.4.2?無滑滾動100
5.4.3?圓柱體沿斜面向下滾動100
5.4.4?靜摩擦與動摩擦101
5.4.5?運用牛頓定律的運動方程102
5.4.6?運用牛頓運動方程解決剛體
問題小結102
5.4.7?由能量守恒導出的運動方程103
5.4.8?沿斜面向上運動的電動缸104
5.4.9?由能量守恒導出的運動方程104
習題105
第6章?直流電動機中的物理學原理115
6.1?磁場力115
6.2?單回路電動機116
6.2.1?轉矩的產(chǎn)生117
6.2.2?繞線式直流電動機118
6.2.3?單回路電動機的換向118
6.3?法拉第定律120
6.3.1?面元向量d120
6.3.2?解析符號ξ121
6.3.3?直線直流電動機中的反電動勢122
6.3.4?單回路電動機中的反電動勢123
6.3.5?單回路電動機中的自感電動勢124
6.4?直流電動機動力學方程126
6.4.1?機電能量轉換126
6.5?光學編碼器模型127
6.5.1?編碼器模型128
6.5.2?速度的后向差分估計129
*6.6?直流電動機轉速表130
6.6.1?用于直線直流電動機的轉
速表130
6.6.2?單回路直流電動機轉速表130
*6.7?多回路直流電動機131
6.7.1?增加轉矩產(chǎn)生132
6.7.2?電樞電流的換向132
習題135
第7章?框圖143
7.1?直流電動機框圖143
7.2?框圖化簡144
習題152
第8章?系統(tǒng)響應157
8.1?一階系統(tǒng)響應157
8.1.1?證明158
8.2?二階系統(tǒng)響應158
8.2.1?瞬態(tài)響應和閉環(huán)極點160
8.2.2?峰值時間tp和超調百分比Mp162
8.2.3?調節(jié)時間ts165
8.2.4?上升時間tr166
8.2.5?Mp、tp、ts的小結166
8.2.6?選擇比例控制器的增益167
8.3?帶零點的二階系統(tǒng)168
8.3.1?右半平面零點171
8.4?三階系統(tǒng)172
附錄?根軌跡MATLAB文件173
習題174
第9章?跟蹤與干擾抑制181
9.1?伺服機構181
9.2?直流伺服電動機的控制186
9.2.1?跟蹤186
9.2.2?干擾抑制189
9.2.3?直流伺服PI控制器小結192
9.2.4?比例積分微分控制192
9.3?跟蹤與干擾抑制理論196
9.4?內部模型原理199
9.5?設計實例：飛機俯仰的PI-D控制200
9.5.1?參數(shù)不確定性（魯棒性）204
*9.6?模型不確定性和反饋205
9.6.1?開環(huán)控制205
9.6.2?閉環(huán)控制206
9.6.3?加快響應速度206
9.6.4?通過反饋降低靈敏度207
9.6.5?結論209
習題210
第10章?極點配置、二自由度控制器
和內部穩(wěn)定性219
10.1?輸出極點配置219
10.1.1?干擾模型223
10.1.2?初始條件對控制設計的影響225
10.2?二自由度控制器229
10.2.1?穩(wěn)定2型系統(tǒng)有超調量231
10.2.2?具有實數(shù)極點并且無零點的
穩(wěn)定系統(tǒng)無超調量232
10.2.3?具有實數(shù)極點和單右半平面零
點的穩(wěn)定系統(tǒng)無超調量233
10.2.4?用二自由度控制器消除超
調量237
10.3?內部穩(wěn)定性238
10.3.1?環(huán)內不穩(wěn)定零極點抵消（不
利情況）240
10.3.2?環(huán)外不穩(wěn)定零極點抵消（有
利情況）244
10.4?設計實例：飛機俯仰二自由度
控制246
10.4.1?關于極點配置的重要探討247
10.5?設計實例：帶太陽能電池板的
衛(wèi)星（配置情況）249
附錄A?輸出極點配置252
附錄B?多項式展開256
附錄C?超調量256
附錄D?不穩(wěn)定零極點抵消262
附錄E?欠調263
習題265
第11章?頻率響應方法280
11.1?伯德圖280
11.1.1?伯德幅頻圖281
11.1.2?半對數(shù)圖281
11.1.3?漸近幅頻圖281
11.1.4?伯德相位圖283
11.1.5?簡單例題284
11.1.6?更多的伯德圖示例285
11.1.7?具有復極點的伯德圖295
11.1.8?峰值和諧振值295
11.1.9?相位圖296
11.2?奈奎斯特理論300
11.2.1?幅角原理300
11.2.2?奈奎斯特極坐標圖306
11.2.3?奈奎斯特穩(wěn)定性檢驗307
11.3?相對穩(wěn)定性：增益和相位裕度317
11.3.1?相對穩(wěn)定性321
11.4?閉環(huán)帶寬323
11.4.1?結論326
11.5?滯后和超前補償327
11.5.1?滯后補償327
11.5.2?超前補償328
11.6?基于超前滯后補償?shù)碾p積分器