编辑推荐
IEEE会士结合多年教学与工程实践撰写的经典教材，详述系统建模与控制理论。
内容简介
本书通过Matlab/Simulink基础工具阐述控制系统的建模、分析和设计。在系统建模与控制导论中，Chiasson博士为电气、机械和航空航天/航空工程专业的学生提供了一个易于理解且直观的建模与控制指南。
本书首先介绍了控制的必要性，描述了飞机是如何飞行的，并分别用副翼、升降舵和方向舵进行了横摇、俯仰和偏航控制的图示。
本书将继续介绍单轴刚体动力学（齿轮、大车沿斜坡滚动），然后对直流电机、直流转速表和光学编码器进行建模。利用这些动态模型的传递函数表示，引入PID控制器作为跟踪阶跃输入和抑制恒定干扰的有效方法。
作者简介
作者约翰·基亚松，IEEE会士，现为博伊西州立大学电子与计算机工程系副教授。他曾在波音、霍尼韦尔、ABB公司和橡树岭国家重点实验室工作。他的研究兴趣在于系统和控制领域。
章节目录
版权信息
译者序
前言
缩略语表
第1章 引言
1.1 飞机
1.1.1 使用升降舵控制俯仰
1.1.2 使用副翼控制滚转
1.1.3 使用方向舵控制偏航
1.1.4 控制飞机
1.1.5 自动控制（自动驾驶仪）
1.2 四旋翼无人机
1.2.1 自动控制
1.3 倒立摆
1.3.1 控制问题
1.4 磁悬浮
1.4.1 数学模型
1.4.2 控制问题
1.5 一般控制问题
第2章 拉普拉斯变换
2.1 拉普拉斯变换的性质
2.2 部分分式展开
2.2.1 非严格正则有理函数
2.3 极点和零点
2.4 极点和部分分式
附录 指数函数
习题
第3章 微分方程与稳定性
3.1 微分方程
3.1.1 正弦稳态响应
3.2 相量法求解
3.2.1 小结
3.3 终值定理
3.4 稳定传递函数
3.4.1 终值定理与稳定传递函数
3.4.2 小结
3.5 劳斯-赫尔维茨稳定性检验
3.5.1 劳斯-赫尔维茨稳定性判据
*3.5.2 特殊情况：劳斯表的一行元素为0
*3.5.3 特殊情况：第一列为0，但该行其他元素不完全为0
习题
第4章 质量-弹簧-阻尼系统
4.1 机械功
4.2 质量-弹簧-阻尼系统建模
4.3 仿真
习题
第5章 刚体转动动力学
5.1 转动惯量
5.2 牛顿转动运动定律
5.2.1 黏性转动摩擦
5.2.2 转矩的符号规定
5.3 齿轮
5.3.1 两个齿轮间的代数关系
5.3.2 两个齿轮间的动态关系
5.3.3 张力
5.4 滚动柱体
5.4.1 结合平移和转动运动
5.4.2 无滑滚动
5.4.3 圆柱体沿斜面向下滚动
5.4.4 静摩擦与动摩擦
5.4.5 运用牛顿定律的运动方程
5.4.6 运用牛顿运动方程解决刚体问题小结
5.4.7 由能量守恒导出的运动方程
5.4.8 沿斜面向上运动的电动缸
5.4.9 由能量守恒导出的运动方程
习题
第6章 直流电动机中的物理学原理
6.1 磁场力
6.2 单回路电动机
6.2.1 转矩的产生
6.2.2 绕线式直流电动机
6.2.3 单回路电动机的换向
6.3 法拉第定律
6.3.1 面元向量
6.3.2 解析符号ξ
6.3.3 直线直流电动机中的反电动势
6.3.4 单回路电动机中的反电动势
6.3.5 单回路电动机中的自感电动势
6.4 直流电动机动力学方程
6.4.1 机电能量转换
6.5 光学编码器模型
6.5.1 编码器模型
6.5.2 速度的后向差分估计
*6.6 直流电动机转速表
6.6.1 用于直线直流电动机的转速表
6.6.2 单回路直流电动机转速表
*6.7 多回路直流电动机
6.7.1 增加转矩产生
6.7.2 电枢电流的换向
习题
第7章 框图
7.1 直流电动机框图
7.2 框图化简
习题
第8章 系统响应
8.1 一阶系统响应
8.1.1 证明
8.2 二阶系统响应
8.2.1 瞬态响应和闭环极点
8.2.2 峰值时间tp和超调百分比Mp
8.2.3 调节时间ts
8.2.4 上升时间tr
8.2.5 Mp、tp、ts的小结
8.2.6 选择比例控制器的增益
8.3 带零点的二阶系统
8.3.1 右半平面零点
8.4 三阶系统
附录 根轨迹MATLAB文件
习题
第9章 跟踪与干扰抑制
9.1 伺服机构
9.2 直流伺服电动机的控制
9.2.1 跟踪
9.2.2 干扰抑制
9.2.3 直流伺服PI控制器小结
9.2.4 比例积分微分控制
9.3 跟踪与干扰抑制理论
9.4 内部模型原理
9.5 设计实例：飞机俯仰的PI-D控制
9.5.1 参数不确定性（鲁棒性）
*9.6 模型不确定性和反馈
9.6.1 开环控制
9.6.2 闭环控制
9.6.3 加快响应速度
9.6.4 通过反馈降低灵敏度
9.6.5 结论
习题
第10章 极点配置、二自由度控制器和内部稳定性
10.1 输出极点配置
10.1.1 干扰模型
10.1.2 初始条件对控制设计的影响
10.2 二自由度控制器
10.2.1 稳定2型系统有超调量
10.2.2 具有实数极点并且无零点的稳定系统无超调量
10.2.3 具有实数极点和单右半平面零点的稳定系统无超调量
10.2.4 用二自由度控制器消除超调量
10.3 内部稳定性
10.3.1 环内不稳定零极点抵消（不利情况）
10.3.2 环外不稳定零极点抵消（有利情况）
10.4 设计实例：飞机俯仰二自由度控制
10.4.1 关于极点配置的重要探讨
10.5 设计实例：带太阳能电池板的卫星（配置情况）
附录A 输出极点配置
附录B 多项式展开
附录C 超调量
附录D 不稳定零极点抵消
附录E 欠调
习题
第11章 频率响应方法
11.1 伯德图
11.1.1 伯德幅频图
11.1.2 半对数图
11.1.3 渐近幅频图
11.1.4 伯德相位图
11.1.5 简单例题
11.1.6 更多的伯德图示例
11.1.7 具有复极点的伯德图
11.1.8 峰值和谐振值
11.1.9 相位图
11.2 奈奎斯特理论
11.2.1 幅角原理
11.2.2 奈奎斯特极坐标图
11.2.3 奈奎斯特稳定性检验
11.3 相对稳定性：增益和相位裕度
11.3.1 相对稳定性
11.4 闭环带宽
11.4.1 结论
11.5 滞后和超前补偿
11.5.1 滞后补偿
11.5.2 超前补偿
11.6 基于超前滞后补偿的双积分器控制
11.7 带输出的倒立摆
附录 MATLAB中的伯德图和奈奎斯特图
习题
第12章 根轨迹
12.1 角度条件和根轨迹的规则
12.2 渐近线及其实轴交点
12.3 分离角
12.4 开环极点对根轨迹的影响
12.5 开环零点对根轨迹的影响
12.6 分离点和根轨迹
12.7 设计实例：太阳能电池板卫星（非同位配置）
习题
第13章 倒立摆、磁悬浮、轨道上的小车
13.1 倒立摆
13.1.1 倒立摆的数学模型
13.1.2 线性近似模型
13.1.3 传递函数模型
13.1.4 使用嵌套的反馈环路的倒立摆杆控制
13.2 非线性模型的线性化
13.3 磁悬浮
13.3.1 能量守恒定律
13.3.2 状态空间模型
13.3.3 关于平衡点的线性化
13.3.4 传递函数模型
13.4 轨道上的小车
13.4.1 机械方程
13.4.2 电气方程式
13.4.3 运动方程式和框图
习题
第14章 状态变量
14.1 状态空间形式
14.2 状态空间的传递函数
14.2.1 能控标准型
14.3 状态空间方程的拉普拉斯变换
14.4 基本矩阵Φ
14.4.1 指数矩阵eAt
*14.5 状态空间方程的解
14.5.1 常数情况
14.5.2 矩阵情况
*14.6 状态空间模型离散化
习题
第15章 状态反馈
15.1 两个例子
15.1.1 轨迹设计
15.1.2 状态反馈跟踪控制器的设计
15.2 一般状态反馈轨迹跟踪问题
15.3 矩阵的逆和Cayley-Hamilton定理
15.3.1 矩阵的逆
15.3.2 Cayley-Hamilton定理
15.4 稳定性与状态反馈
15.5 状态反馈与干扰抑制
15.6 相似变换
15.7 极点配置
15.7.1 状态反馈不改变系统零点
15.8 平衡点的渐近跟踪
15.9 通过状态反馈跟踪阶跃输入
15.9.1 极点配置程序
*15.9.2 倒立摆的阶跃响应
*15.10 倾斜轨道上的倒立摆
15.10.1 关于平衡点的线性化
15.10.2 状态反馈控制
15.10.3 未知的倾斜角度ϕ
*15.11 反馈线性化控制
15.11.1 干扰抑制性
附录 状态空间中的干扰抑制
习题
第16章 状态估计和参数识别
16.1 状态估计器
16.1.1 状态估计的一般流程
16.1.2 分离原理
*16.2 拉普拉斯域的状态反馈和状态估计
*16.3 倒立摆的多输出观测器设计
16.4 矩阵的转置和逆的性质
*16.5 对偶性
16.6 参数辨识
16.6.1 对称矩阵和正定矩阵
16.6.2 最小二乘识别
16.6.3 最小二乘近似
16.6.4 误差指数
习题
第17章 反馈的鲁棒性和灵敏度
17.1 输出为x的倒立摆
17.1.1 右半平面极点和零点及其控制问题
17.1.2 灵敏度的泊松积分
17.1.3 H∞范数
17.2 输出为的倒立摆
17.3 带有状态反馈的倒立摆
17.4 带有积分器和状态反馈的倒立摆
17.5 通过状态估计进行状态反馈的倒立摆
习题
参考文献
推荐阅读
系统建模与控制导论是2023年由机械工业出版社出版,作者[美] 约翰·基亚松。
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