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第一章 概述1

第一节 生产过程自动化的发展和趋势1

第二节 控制系统的组成3

第三节 控制系统的主要类型5

第二章 控制系统的数学模型9

第一节 被控对象的微分方程模型9

2.1.1 几个典型例子9

2.1.2 非线性特性的局部线性化处理13

2.1.3 数学模型的无因次化14

2.2.1 几个典型例子的状态方程模型16

第二节 控制系统的状态空间模型16

2.2.2 状态空间的基本概念20

第三节 分布参数系统数学模型24

第四节 纯滞后特性和其他特性26

第五节 控制系统中其他环节的数学模型28

2.5.1 工业控制器的数学模型28

2.5.2 测量元件的数学模型29

2.5.3 执行机构的数学模型31

第六节 控制系统的复域数学模型32

2.6.1 传递函数32

2.6.2 系统方块图34

2.6.3 利用方块图进行分析运算37

2.6.4 用传递矩阵描述多变量系统46

2.6.5 信号流图48

第七节 数学模型各种表达式之间的对应关系53

2.7.1 由微分方程式求状态方程式53

2.7.2 由状态方程式求传递函数57

2.7.3 状态变换和状态变换中特征值的不变性58

2.7.4 由传递函数求状态空间表达式59

2.7.5 由方块图求系统状态空间表达式62

第八节 本章小结63

第一节 控制系统的过渡过程分析64

3.1.1 典型试验信号64

第三章 控制系统的时域分析方法64

3.1.2 一阶系统的动态响应65

3.1.3 二阶系统的动态响应68

3.1.4 高阶系统的动态响应76

3.1.5 控制系统动态响应的质量指标77

3.1.6 控制系统稳态偏差分析88

第二节 控制系统的劳斯稳定判据91

3.2.1 控制系统稳定的基本条件91

3.2.2 劳斯(E.J.Routh)稳定判据91

3.2.3 用劳斯稳定判据分析系统参数对稳定性的影响95

第三节 常规控制规律对系统控制质量的影响96

3.3.1 常规控制器的控制规律96

3.3.2 控制器参数对控制过程的影响98

第四节 测量滞后对控制质量的影响101

第五节 控制系统状态方程的分析103

3.5.1 矩阵函数知状态转移矩阵104

3.5.2 线性定常状态方程的解111

3.5.3 控制系统状态方程的稳定性判据113

3.5.4 控制系统状态方程的动态响应114

第六节 本章小结115

第四章 根轨迹方法：分析与设计117

第一节 根轨迹的基本概念117

第二节 根轨迹的性质120

第三节 根轨迹的计算机辅助生成132

第四节 根轨迹方法的推广134

4.4.1 多参数根轨迹——根轨迹簇134

4.4.2 负参数的根轨迹136

4.4.3 纯滞后系统的根轨迹139

4.4.4 离散控制系统的根轨迹142

第五节 控制系统的根轨迹设计143

4.5.1 开环极点对系统质量的影响143

4.5.2 开环零点对系统质量的影响145

4.5.3 增益K的选取145

4.5.4 超前补偿器的设计147

4.5.5 滞后补偿器的设计149

4.5.6 系统闭环动态响应的根轨迹分析151

第六节 极点配置原理152

第七节 本章小结159

第五章 频率特性分析法161

第一节 频率特性及其图示法161

5.1.1 频率特性的定义161

5.1.2 频率特性与传递函数的关系162

5.1.3 频率特性的图示法162

第二节 Nyquist稳定性判据174

第三节 频域性能指标181

第四节 频率特性方法的计算机辅助设计188

5.4.1 公式推导法188

5.4.3 多项式综合除法189

5.4.2 基本模块法189

5.4.4 幅值裕量和相位裕量的计算190

第五节 补偿器设计方法191

第六节 多变量系统的频率特性方法198

第七节 鲁棒控制理论与方法201

5.7.1 历史发展过程201

5.7.2 鲁棒控制系统研究的时域方法203

5.7.3 鲁棒控制系统研究的频域方法204

5.7.4 鲁棒控制理论的应用206

第八节 本章小结206

第一节 采样控制系统概述207

第六章 采样控制系统207

第二节 采样过程及采样定理208

6.2.1 采样过程208

6.2.2 采样过程的数学描述208

6.2.3 采样定理210

6.2.4 采样信号的复现211

第三节 Z变换212

6.3.1 Z变换定义212

6.3.2 Z变换方法213

6.3.3 Z变换性质215

6.3.4 Z反变换217

6.3.5 改进Z变换219

第四节 脉冲传递函数221

6.4.1 脉冲传递函数221

6.4.2 脉冲传递函数的代数运算法则223

第五节 连续模型的离散化225

6.5.1 微分方程的离散化225

6.5.2 连续状态方程的离散化226

6.5.3 传递函数(矩阵)的离散化227

第六节 采样系统的数学模型及求解228

6.6.1 差分方程和脉冲传递函数的关系228

6.6.2 差分方程和状态方程的关系228

6.6.3 脉冲传递函数(矩阵)和状态方程的关系230

6.6.4 差分方程求解236

6.6.5 离散状态方程求解237

第七节 采样系统的性能分析240

6.7.1 稳定性分析241

6.7.2 采样系统稳态偏差244

6.7.3 Z平面上根的分布和系统动态品质的关系245

第八节 数字控制器设计247

6.8.1 模拟化设计方法247

6.8.2 数字化设计方法248

第九节 本章小结252

7.1.1 系统能控性和能观性的基本概念253

第七章 线性系统状态空间设计方法253

第一节 系统能控性和能观性253

7.1.2 系统能控性和能观性定理256

7.1.3 能控性和能观性的PBH检验262

第二节 线性变换及标准形263

7.2.1 状态方程的线性变换263

7.2.2 状态方程的几种特殊形式264

7.2.3 状态方程的能控能观标准形265

7.2.4 不变子空间分解268

第三节 线性系统状态反馈控制273

7.3.1 状态空间设计法的基本思想273

7.3.2 状态反馈控制原理274

7.3.3 闭环线性系统的能控性和能观性276

第四节 线性系统极点配置法279

7.4.1 单输入单输出系统的极点配置279

7.4.2 多输入多输出系统的极点配置286

7.4.3 闭环系统极点位置的选择288

第五节 线性二次型最优调节器的设计293

7.5.1 动态系统的最优性条件295

7.5.2 无限时间状态调节器问题296

7.5.3 无限时间输出调节器问题299

7.5.4 代数黎卡提方程的求解301

第六节 持续扰动系统的状态反馈设计302

第七节 渐近跟踪控制问题307

第八节 状态观测器309

7.8.1 观测器的基本思想309

7.8.2 全维状态观测器311

7.8.3 降维状态观测器314

7.8.4 分离定理317

第九节 本章小结318

第八章 非线性系统和系统稳定性分析319

第一节 非线性系统概述319

第二节 描述函数分析法321

8.2.1 描述函数的概念321

8.2.2 描述函数分析法331

第三节 相平面分析法337

8.3.1 相平面的概念337

8.3.2 相平面分析法342

第四节 非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析法348

8.4.1 非线性系统稳定性的一般定义348

8.4.2 李雅普诺夫稳定性分析法349

第五节 时滞系统的Smith预估控制及稳定性分析358

8.5.1 时滞过程的Smith预估控制359

8.5.2 一阶时滞系统的Smith预估控制器的稳定性分析362

8.5.3 存在参数不确定时的Smith预估控制器的鲁棒设计371

第六节 本章小结378

附录 化工过程控制原理计算机辅助教学软件CAI使用手册380

一、化工过程控制原理计算机辅助教学软件结构380

(一)进入控制原理CAI380

(二)教学仿真环境下各菜单的内容简介381

二、化工过程控制原理CAI的操作382

(一)系统模型的文件操作382

(二)对当前模型的操作387

(三)工程文件389

(四)帮助系统391

名词索引393

参考文献397