控制之美卷1：控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間

定　價：￥69.00

作　者：	王天威著
出版社：	清華大學出版社
叢編項：
標　簽：	暫缺

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ISBN：	9787302609759	出版時間：	2022-07-01	包裝：	平裝
開本：	16開	頁數(shù)：		字數(shù)：

內容簡介

　　《控制之美（卷1）——控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間》涵蓋了動態(tài)系統(tǒng)分析、經典控制理論與現(xiàn)代控制理論的核心基礎內容。其中，經典控制理論以拉普拉斯變換為數(shù)學工具，通過傳遞函數(shù)分析系統(tǒng)的表現(xiàn)并進行控制器的設計;現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)空間方程為研究對象，以微分方程和線性代數(shù)為數(shù)學工具，從時域的角度分析系統(tǒng)的表現(xiàn)并設計系統(tǒng)的控制器。《控制之美（卷1）——控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間》在多個章節(jié)對比講解了兩種理論之間的區(qū)別與聯(lián)系。《控制之美（卷1）——控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間》共分為10章。第1章為緒論;第2、3章分別介紹使用傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間方程描述系統(tǒng)的方法;第4、5章使用這兩種方法分析一階系統(tǒng)與二階系統(tǒng)的時域響應;第6章介紹系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念;第7、8章重點分析經典控制理論中的控制器設計方法，包含比例積分控制和根軌跡法;第9章介紹系統(tǒng)的頻率響應并與濾波器的設計相結合;第10章討論現(xiàn)代控制理論中的控制器設計，以及觀測器設計方法。附錄部分介紹兩個廣泛使用的工程數(shù)學工具：線性化與傅里葉變換。《控制之美（卷1）——控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間》的目標是以簡單的語言講述復雜的知識，引起讀者對控制理論的興趣，并使讀者掌握控制理論的核心精神，為未來深入學習其他相關知識打下基礎。同時，《控制之美（卷1）——控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間》是一本“實戰(zhàn)性”很強的書籍，大部分章節(jié)以一個實際例子入手，從開發(fā)者的角度展開分析并引出知識點?！犊刂浦溃ň?）——控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間》的多個章節(jié)有案例分析，并對結果與討論部分進行了詳細的講解，這部分內容將為讀者的論文寫作及科研分析提供思路。《控制之美（卷1）——控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間》適合自動化專業(yè)的本科生或研究生、相關領域的科研人員使用，尤其適合準備研究生復試的學生使用?！犊刂浦溃ň?）——控制理論從傳遞函數(shù)到狀態(tài)空間》配套的視頻詳細講解了使用計算機軟件（GNU Octave）分析書中例子的方法，并提供了詳細代碼，讀者可以掃描書中二維碼瀏覽。

作者簡介

　　王天威（網名DR_CAN），博士，機器人高級研發(fā)工程師。2016年博士畢業(yè)于美國Clemson大學機械工程系，研究方向是動態(tài)系統(tǒng)與控制理論。博士期間發(fā)表多篇SCI文章，擔任多家SCI期刊、會議，以及國家基金項目的審稿工作。自2017年起在B站上制作控制理論相關視頻課程，涵蓋了控制專業(yè)本科與研究生的專業(yè)課程，包括現(xiàn)代控制理論、經典控制理論、非線性控制理論、最優(yōu)化控制理論、動態(tài)系統(tǒng)的建模與分析等。

圖書目錄

第1章緒論 1
1.1 動態(tài)系統(tǒng) 1
1.2 控制系統(tǒng) 3
第2章動態(tài)系統(tǒng)建模———傳遞函數(shù) 5
2.1 卷積與微分方程 5
2.1.1 卷積 5
2.1.2 常見動態(tài)系統(tǒng)微分方程舉例 8
2.2 拉普拉斯變換 11
2.2.1 拉普拉斯變換的定義 11
2.2.2 拉普拉斯變換的收斂域 14
2.2.3 拉普拉斯逆變換 15
2.3 傳遞函數(shù)和系統(tǒng)設計 16
2.3.1 傳遞函數(shù) 16
2.3.2 控制系統(tǒng)傳遞函數(shù) 18
2.4 非零初始狀態(tài)下的傳遞函數(shù) 20
2.5 本章要點總結 20
第3章動態(tài)系統(tǒng)建模———狀態(tài)空間方程 22
3.1 狀態(tài)空間方程 22
3.1.1 狀態(tài)空間方程表達式 22
3.1.2 狀態(tài)空間方程與傳遞函數(shù)的關系 26
3.2 相平面數(shù)學基礎 27Ⅷ
3.2.1 矩陣的特征值與特征向量 27
3.2.2 特征值與特征向量的應用———線性方程組解耦 29
3.3 相平面與相軌跡分析 31
3.3.1 一維相軌跡 31
3.3.2 二維相平面與相軌跡———簡化形式 34
3.3.3 二維相平面與相軌跡———一般形式 37
3.4 相平面案例分析———愛情故事 42
3.5 本章要點總結 47
第4章一階系統(tǒng)的時域響應分析 48
4.1 引子———案發(fā)時間是幾點 48
4.2 一階系統(tǒng)的時域響應 49
4.2.1 典型一階系統(tǒng)和典型系統(tǒng)輸入信號 49
4.2.2 一階系統(tǒng)單位沖激響應 50
4.2.3 一階系統(tǒng)單位階躍響應 52
4.3 案發(fā)時間揭秘 54
4.4 本章要點總結 55
第5章二階系統(tǒng)的時域響應分析 57
5.1 二階系統(tǒng)的一般形式———傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間方程 57
5.2 二階系統(tǒng)對初始狀態(tài)的響應 58
5.3 二階系統(tǒng)的單位階躍響應 60
5.4 二階系統(tǒng)性能指標分析 64
5.4.1 二階系統(tǒng)的重要性能指標 64
5.4.2 二階系統(tǒng)的性能分析 68
5.5 本章要點總結 69
第6章穩(wěn)定性 71
6.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義 71
6.1.1 穩(wěn)定性的直觀理解 71
6.1.2 穩(wěn)定性的定義 72
6.1.3 穩(wěn)定性的研究對象 74
6.2 穩(wěn)定性與傳遞函數(shù) 74
6.3 穩(wěn)定性與狀態(tài)空間方程 76
6.4 本章要點總結 78
第7章基于傳遞函數(shù)的控制器設計(1)———比例積分控制 79
7.1 引子———燃燒卡路里 79
7.2 比例控制 81Ⅸ
7.3 比例積分控制器 83
7.3.1 終值定理 84
7.3.2 積分控制 84
7.3.3 比例積分控制 87
7.4 含有限制條件的控制器設計 89
7.5 本章要點總結 90
第8章基于傳遞函數(shù)的控制器設計(2)———根軌跡法 91
8.1 根軌跡的研究目標與方法 91
8.2 根軌跡繪制的基本規(guī)則 93
8.3 根軌跡的幾何性質 98
8.4 基于根軌跡的控制器設計 101
8.4.1 比例微分控制 102
8.4.2 超前補償器 104
8.4.3 滯后補償器 105
8.5 比例積分微分(PID)控制器 109
8.6 本章要點總結 110
第9章頻率響應與分析 112
9.1 引子———百萬調音師 112
9.2 頻率特性推導 113
9.3 一階系統(tǒng)的頻率響應 117
9.4 二階系統(tǒng)的頻率響應 119
9.5 伯德圖 122
9.5.1 伯德圖的含義與性質 122
9.5.2 典型系統(tǒng)的頻率響應 124
9.5.3 調音臺的設計 128
9.6 本章要點總結 129
第10章基于狀態(tài)空間方程的控制器及觀測器的設計與應用 131
10.1 引子———指尖上的平衡 131
10.1.1 問題的提出與數(shù)學建模 131
10.1.2 PID控制方案 132
10.1.3 狀態(tài)空間方程建模 134
10.2 系統(tǒng)的能控性 135
10.2.1 系統(tǒng)能控性的直觀理解 135
10.2.2 系統(tǒng)能控性的定義與判據(jù) 135
10.2.3 系統(tǒng)能控性的舉例與分析 136
10.3 線性狀態(tài)反饋控制器 137Ⅹ
10.3.1 極點配置 137
10.3.2 最優(yōu)化控制初探———LQR控制器 141
10.3.3 軌跡追蹤 143
10.4 觀測器設計 146
10.4.1 系統(tǒng)的能觀測性 146
10.4.2 線性觀測器設計 146
10.4.3 線性觀測器舉例 147
10.4.4 觀測器與控制器的結合 150
10.5 本章要點總結 151
附錄 A 非線性系統(tǒng)的線性化 152
附錄 B 傅里葉級數(shù)與變換 155
B.1 三角函數(shù)的正交性 155
B.2 周期為2π的函數(shù)展開成傅里葉級數(shù) 156
B.3 周期為2L 的函數(shù)展開成傅里葉級數(shù) 159
B.4 傅里葉級數(shù)的復數(shù)表達形式 160
B.5 傅里葉變換 162