數(shù)字控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)（原書第4版）
定 價(jià)：79 元
叢書名：國(guó)外工業(yè)控制與智能制造叢書
- 作者：[美] 查爾斯L.菲利普斯（Charles L. Phillips）
- 出版時(shí)間：2017/7/26
- ISBN：9787111573562
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP273
- 頁碼：344
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
本書是數(shù)字控制課程暢銷教材之一，著重于數(shù)字和離散時(shí)間控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，特別介紹了衛(wèi)星天線跟蹤指向控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)等，增加了根軌跡的設(shè)計(jì)和傅里葉變換的內(nèi)容。全書提供400個(gè)問題和130個(gè)MATLAB程序?qū)嵗�，讓學(xué)生體驗(yàn)和學(xué)習(xí)更多的技能。本書可作為工科自助化、計(jì)算機(jī)、電子工程數(shù)字控制相關(guān)課程的教材，也可供工程師參考。
本書適合作為高年級(jí)本科生或一年級(jí)研究生離散時(shí)間控制系統(tǒng)方面的教材，也可作為執(zhí)業(yè)控制工程師的自學(xué)讀本。
本書基于奧本大學(xué)、北卡羅來納州立大學(xué)的離散時(shí)間系統(tǒng)課程以及美國(guó)和歐洲的短期集中課程中的教學(xué)內(nèi)容。受那些參加短期集中課程的執(zhí)業(yè)工程師的影響，本書的內(nèi)容和定位更側(cè)重?cái)?shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的實(shí)際問題。
第1章對(duì)全書內(nèi)容梗概進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。第2~11章講述線性離散時(shí)間系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題，這時(shí)，知曉一些連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的知識(shí)將非常有助于理解相關(guān)的內(nèi)容，所涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)是z變換和向量矩陣差分方程，這些內(nèi)容在第2章講述；第3章的議題非常重要，講的是采樣信號(hào)、采樣器及數(shù)據(jù)保持器的數(shù)學(xué)模型，該模型是本書后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ)，其中特別強(qiáng)調(diào)了其內(nèi)涵及應(yīng)用局限。
接下來，第4~7章講解如何將第2章的數(shù)學(xué)方法應(yīng)用到離散時(shí)間系統(tǒng)（特別是數(shù)字控制系統(tǒng)）的分析中。第8章介紹經(jīng)典的設(shè)計(jì)方法——基于頻率響應(yīng)的伯德圖法，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法安排在第9~11章。第12章就離散時(shí)間控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題給出了幾個(gè)實(shí)際案例研究。本書各章均強(qiáng)調(diào)使用MATLAB軟件對(duì)相關(guān)問題的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)。
與前幾版相比，第4版的變動(dòng)內(nèi)容如下：
●在全書各章追加了基于MATLAB的應(yīng)用舉例； ●新增一章（第11章）講述系統(tǒng)辨識(shí)問題； ●對(duì)大部分章節(jié)內(nèi)容增補(bǔ)了習(xí)題； ●對(duì)章后習(xí)題進(jìn)行了重新編號(hào)，以便于將習(xí)題與正文內(nèi)容對(duì)應(yīng)起來； ●第8章增加了基于MATLAB pidtool工具包的設(shè)計(jì)方法； ●第12章添加了兩個(gè)案例研究； ●刪掉了關(guān)于數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)方法的內(nèi)容（上一版的第11～14章及附錄Ⅴ和附錄Ⅵ），以節(jié)省篇幅，并使讀者將更多的精力放到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上。
章后習(xí)題與章內(nèi)基本內(nèi)容相輔相成。章內(nèi)的多數(shù)例題配置了小段MATLAB程序，并給出了計(jì)算機(jī)執(zhí)行那段程序的結(jié)果，對(duì)這些程序稍做修改，就可用于對(duì)章后習(xí)題的求解。
為了幫助教師用好本書，我們制作了一套PPT及含有章后習(xí)題答案的手冊(cè)。作者認(rèn)為，章后習(xí)題是本書不可或缺的部分，所有使用本書的人應(yīng)該充分利用它們。索取章后習(xí)題答案及PPT材料的請(qǐng)求可直接發(fā)給本教材外方出版商（service.cn@pearson.com）。
在奧本大學(xué)，基于本書第2～11章講述的控制內(nèi)容開設(shè)有三門課程。其中，第2～8章用于開設(shè)一門研究生課程，占4學(xué)分系列課程中的1個(gè)學(xué)分，而北卡羅來納州立大學(xué)則將其用于一門3學(xué)時(shí)的課程；還可以將2～8章用于20學(xué)時(shí)的本科生課程，不過這時(shí)應(yīng)刪減掉許多內(nèi)容，如狀態(tài)變量、改進(jìn)的z變換、非同步采樣、閉環(huán)同步采樣等；第3種課程所獲學(xué)分為3學(xué)分系列課程中的1/3學(xué)分，這時(shí)應(yīng)先修前述的一種課程，課程中，先介紹第2章狀態(tài)變量的內(nèi)容和第4章的狀態(tài)變量模型，然后詳細(xì)講授第9～11章的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。本教材已經(jīng)在北卡羅來納州立大學(xué)使用，他們用書中第2～11章的內(nèi)容在近期組織了一門一學(xué)季3學(xué)分的課程，同時(shí)完成了與之配套的PPT。
最后，衷心感謝我們的許多同事、研究生、本科生，以及奧本大學(xué)電氣工程系的工作人員，他們促成了本書前三版的出版。特別感謝奧本大學(xué)電氣工程系系主任J.戴維·歐文教授這些年來的幫助和鼓勵(lì)。還要感謝在北卡羅來納州立大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程系的同事和學(xué)生們對(duì)第4版教材的支持和所做的貢獻(xiàn)。
奧本大學(xué)查爾斯L.菲利普斯 北卡羅來納州立大學(xué)H.特洛伊·內(nèi)格爾 北卡羅來納州立大學(xué)阿蘭尼亞·查克拉博蒂
出版者的話
譯者序
前言
第1章 引言1
1.1 概述1
1.2 數(shù)字控制系統(tǒng)2
1.3 控制問題3
1.4 衛(wèi)星模型4
1.5 伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型5
1.6 溫度控制系統(tǒng)8
1.7 單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)9
1.8 小結(jié)11
參考文獻(xiàn)11
習(xí)題11
第2章 離散時(shí)間系統(tǒng)及z變換16
2.1 引言16
2.2 離散時(shí)間系統(tǒng)16
2.3 變換法17
2.4 z變換的性質(zhì)19
2.5 求z變換23
2.6 求解差分方程24
2.7 z反變換26
2.8 仿真圖和信號(hào)流圖31
2.9 狀態(tài)變量33
2.10 其他狀態(tài)變量公式39
2.11 傳遞函數(shù)45
2.12 求解狀態(tài)方程47
2.13 線性時(shí)變系統(tǒng)51
2.14 小結(jié)51
參考文獻(xiàn)52
習(xí)題52
第3章 采樣與重構(gòu)59
3.1 引言59
3.2 采樣控制系統(tǒng)59
3.3 理想采樣器61
3.4 對(duì)E(s)的估計(jì)62
3.5 傅里葉變換結(jié)果64
3.6 E(s)的性質(zhì)65
3.7 數(shù)據(jù)重構(gòu)67
3.8 小結(jié)72
參考文獻(xiàn)72
習(xí)題73
第4章 開環(huán)離散時(shí)間系統(tǒng)76
4.1 引言76
4.2 E(z)與E(s)的聯(lián)系76
4.3 脈沖傳遞函數(shù)77
4.4 含數(shù)字濾波器的開環(huán)系統(tǒng)80
4.5 改進(jìn)的z變換82
4.6 時(shí)間延遲系統(tǒng)84
4.7 異步采樣86
4.8 狀態(tài)變量模型88
4.9 連續(xù)時(shí)間狀態(tài)變量回顧89
4.10 離散時(shí)間系統(tǒng)的狀態(tài)方程91
4.11 程序計(jì)算94
4.12 小結(jié)95
參考文獻(xiàn)95
習(xí)題95
第5章 閉環(huán)系統(tǒng)103
5.1 引言103
5.2 初步概念103
5.3 推導(dǎo)105
5.4 狀態(tài)變量模型109
5.5 小結(jié)115
參考文獻(xiàn)115
習(xí)題115
第6章 系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性122
6.1 引言122
6.2 系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)122
6.3 系統(tǒng)特征方程127
6.4 s域到z域的映射128
6.5 穩(wěn)態(tài)精度132
6.6 仿真134
6.7 控制軟件137
6.8 小結(jié)137
參考文獻(xiàn)137
習(xí)題137
第7章 穩(wěn)定性分析143
7.1 引言143
7.2 穩(wěn)定性143
7.3 雙線性變換146
7.4 勞斯赫爾維茨準(zhǔn)則147
7.5 朱里穩(wěn)定性測(cè)試149
7.6 根軌跡151
7.7 奈奎斯特準(zhǔn)則154
7.8 伯德圖159
7.9 解釋頻率響應(yīng)161
7.10 閉環(huán)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)161
7.11 小結(jié)168
參考文獻(xiàn)168
習(xí)題168
第8章 數(shù)字控制器設(shè)計(jì)175
8.1 引言175
8.2 控制系統(tǒng)特性175
8.3 補(bǔ)償179
8.4 相位滯后補(bǔ)償180
8.5 相位超前補(bǔ)償184
8.6 相位超前設(shè)計(jì)方法186
8.7 滯后超前補(bǔ)償191
8.8 積分濾波器和微分濾波器193
8.9 PID控制器194
8.10 PID控制器設(shè)計(jì)197
8.11 基于根軌跡的設(shè)計(jì)202
8.12 小結(jié)212
參考文獻(xiàn)212
習(xí)題212
第9章 極點(diǎn)配置與狀態(tài)估計(jì)219
9.1 引言219
9.2 極點(diǎn)配置219
9.3 狀態(tài)估計(jì)224
9.4 降維觀測(cè)器232
9.5 實(shí)時(shí)觀測(cè)器236
9.6 能控性與能觀性239
9.7 具有輸入的系統(tǒng)242
9.8 小結(jié)245
參考文獻(xiàn)245
習(xí)題246
第10章 離散時(shí)間系統(tǒng)的系統(tǒng)辨識(shí)250
10.1 引言250
10.2 靜態(tài)系統(tǒng)的辨識(shí)250
10.3 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的辨識(shí)252
10.4 黑箱辨識(shí)253
10.5 最小二乘系統(tǒng)辨識(shí)257
10.6 部分零極點(diǎn)已知下的傳遞函數(shù)估計(jì)261
10.7 遞歸的最小二乘系統(tǒng)辨識(shí)法262
10.8 辨識(shí)過程中的現(xiàn)實(shí)因素265
10.9 小結(jié)266
參考文獻(xiàn)266
習(xí)題267
第11章 線性二次最優(yōu)控制270
11.1 引言270
11.2 二次代價(jià)函數(shù)271
11.3 最優(yōu)準(zhǔn)則272
11.4 線性二次最優(yōu)控制設(shè)計(jì)274
11.5 最小值原理279
11.6 最優(yōu)穩(wěn)態(tài)控制280
11.7 最優(yōu)狀態(tài)估計(jì)——卡爾曼濾波284
11.8 最小二乘函數(shù)的最小化288
11.9 小結(jié)289
參考文獻(xiàn)289
習(xí)題290
第12章 案例研究295
12.1 引言295
12.2 伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)295
12.3 人工氣候室控制系統(tǒng)300
12.4 飛機(jī)著陸系統(tǒng)303
12.5 新生兒供氧系統(tǒng)308
12.6 電力系統(tǒng)模型拓?fù)浔孀R(shí)316
參考文獻(xiàn)320
附錄Ⅰ 設(shè)計(jì)方程321
附錄Ⅱ 梅森增益公式322
附錄Ⅲ 對(duì)E*(s)的估計(jì)325
附錄Ⅳ 矩陣328
附錄Ⅴ 拉普拉斯變換333
附錄Ⅵ z變換表343
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