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第1章 控制系统导论1

1．1 引言1

1．2 自动控制系统的分类2

1．2．1 开环控制、闭环控制和复合控制3

1．2．2 恒值控制、程序控制和伺服控制7

1．2．3 数字控制系统9

1．3 控制系统的组成10

1．4 控制系统分析与设计步骤13

第2章 控制系统的数学模型14

2．1 连续控制系统的数学模型15

2．1．1 控制系统的运动方程式15

2．1．2 非线性方程的线性化19

2．1．3 连续系统的传递函数23

2．1．4 控制系统的状态空间方程29

2．2 离散控制系统的数学模型35

2．2．1 信号采样与保持35

2．2．2 离散系统的数学描述42

2．3 控制系统的工程建模方法50

2．3．1 时域建模的飞升曲线法51

2．3．2 频域建模方法55

2．3．3 相关分析建模方法61

习题65

第3章 控制系统的稳定性与结构分析69

3．1 控制系统稳定性概念69

3．1．1 线性系统的稳定性——BIBO稳定性69

3．1．2 Lyapunov稳定性73

3．2 控制系统的稳定性分析78

3．2．1 Lyapunov第一法79

3．2．2 Lyapunov第二法——稳定性分析的直接法80

3．2．3 线性系统的Lyapunov稳定性分析85

3．3 线性连续系统的稳定性判据89

3．3．1 Routh稳定判据90

3．3．2 Hurwitz稳定判据91

3．3．3 Nyquist稳定判据94

3．4 控制系统的相对稳定性105

3．4．1 相对稳定性的定义106

3．4．2 稳定裕度的计算108

3．5 控制系统的鲁棒稳定性111

3．5．1 鲁棒性的基本概念111

3．5．2 参数不确定系统的鲁棒稳定性112

3．6 线性离散系统的稳定性分析120

3．7 线性系统的结构分析——可控性和可观测性126

3．7．1 线性系统的可控性126

3．7．2 线性系统的可观测性131

习题135

第4章 控制系统的综合与校正140

4．1 控制系统的性能指标140

4．1．1 典型输入信号141

4．1．2 控制系统的稳态性能和系统的型别144

4．1．3 控制系统的时域性能指标148

4．1．4 控制系统的闭环频域指标153

4．1．5 控制系统的开环频域指标159

4．2 基本校正方式和控制规律169

4．2．1 校正方式170

4．2．2 基本控制规律173

4．2．3 校正装置175

4．3 串联校正178

4．3．1 串联超前校正178

4．3．2 串联滞后校正185

4．3．3 串联滞后-超前校正190

4．4 期望频率特性校正法197

4．4．1 期望频率特性设计199

4．4．2 常用期望频率特性205

4．4．3 工程设计法213

4．5 反馈校正217

4．6 复合校正222

4．7 数字控制器设计234

4．7．1 数字PID控制实现及其改进措施234

4．7．2 数字控制器的连续设计方法241

4．7．3 数字控制器的离散设计方法254

习题265

第5章 伺服系统的工程实现269

5．1 伺服系统组成及其分类269

5．1．1 伺服系统的组成269

5．1．2 伺服系统的分类270

5．2 伺服电动机271

5．3 伺服系统检测与信号转换276

5．3．1 伺服系统的位移检测276

5．3．2 伺服系统的信号转换电路291

5．3．3 自整角机／旋转变压器-数字转换器（SDC-RDC）294

5．3．4 数字-自整角机／旋转变压器转换器（DSC／DRC）299

5．4 伺服系统的稳态设计302

5．4．1 负载分析计算303

5．4．2 执行电动机选择310

5．4．3 检测装置、信号转换线路、放大装置及电源设计与选择317

5．4．4 利用铭牌数据和经验公式推导伺服系统的传递函数323

5．5 伺服系统的电磁兼容性328

5．5．1 电磁干扰模型分析328

5．5．2 抑制电磁干扰的方法331

5．5．3 伺服系统电磁兼容设计339

5．6 伺服系统的可靠性341

5．6．1 可靠性特征量341

5．6．2 伺服系统的可靠性设计350

习题355

第6章 伺服系统的非线性控制356

6．1 伺服系统的干摩擦及其改善356

6．1．1 低速不平稳性357

6．1．2 减小低速跳动的措施359

6．2 传动间隙对伺服系统的影响及其补偿362

6．2．1 传动间隙对伺服系统性能的影响363

6．2．2 消除间隙影响的措施364

6．3 机械谐振对系统的影响及其补偿368

6．3．1 传动轴变形造成的机械谐振368

6．3．2 消除机械谐振的补偿措施370

6．4 伺服系统的非线性补偿373

6．4．1 非线性速度阻尼373

6．4．2 非线性积分器和非线性PI调节器375

6．4．3 自抗扰控制376

6．4．4 多模控制技术379

6．5 伺服系统的重复控制381

6．5．1 重复控制原理381

6．5．2 重复控制系统的稳定性384

6．5．3 重复控制器设计385

6．6 伺服系统的滑模变结构控制386

6．6．1 滑模变结构控制原理386

6．6．2 二阶系统开关控制389

6．6．3 滑动模态391

习题393

第7章 控制系统设计举例394

7．1 永磁同步电机调速系统394

7．1．1 永磁同步电动机的结构394

7．1．2 永磁同步电机数学模型395

7．1．3 永磁同步电机矢量控制策略398

7．1．4 永磁同步电机调速系统设计399

7．1．5 基于TMS3201．F2407A DSP的永磁同步电机调速系统404

7．2 星载天线伺服控制系统408

7．2．1 星载天线负载特性分析与伺服电机选择409

7．2．2 星载天线伺服控制系统结构设计411

7．2．3 星载天线伺服系统控制器设计412

7．2．4 星载天线伺服系统的滑模变结构控制416

7．3 火炮伺服系统421

7．3．1 火炮伺服系统的基本组成421

7．3．2 火炮伺服系统设计423

7．4 飞行仿真头位跟踪视景伺服系统428

7．4．1 飞行仿真头位跟踪视景系统的结构428

7．4．2 飞行仿真伺服系统的原理以及硬件实现429

7．4．3 飞行仿真伺服系统设计436

7．4．4 控制程序设计438

参考文献440