反馈系统:多学科视角(原书第2版)电子书

译者序

前言

第1章 绪论

1.1 反馈

1.2 前馈

1.3 控制

1.4 反馈与控制的应用

1.4.1 发电与输电

1.4.2 电信

1.4.3 航空与运输

1.4.4 材料与加工

1.4.5 仪器

1.4.6 智能机器

1.4.7 网络与计算系统

1.4.8 经济学

1.4.9 自然界中的反馈

1.5 反馈的性质

1.5.1 鲁棒性与不确定性

1.5.2 动态的设计

1.5.3 创建模块化系统

1.5.4 反馈面临的挑战

1.6 简单形式的反馈

1.6.1 通断控制

1.6.2 PID控制

1.7 反馈与逻辑的结合

1.7.1 巡航控制

1.7.2 服务器群

1.7.3 空气-燃料控制

1.8 控制系统的分层结构

1.8.1 货运列车行程优化器

1.8.2 过程控制系统

1.8.3 自动驾驶

1.9 阅读提高

习题

第2章 反馈原理

2.1 非线性静态模型

2.1.1 对参考信号的响应

2.1.2 对参数不确定性的鲁棒性

2.1.3 负载干扰的抑制

2.2 线性动态模型

2.2.1 线性微分方程和传递函数

2.2.2 稳定性：劳斯-赫尔维茨判据

2.2.3 框图与传递函数

2.2.4 用传递函数计算

2.3 用反馈降低干扰

2.3.1 比例控制

2.3.2 比例积分（PI）控制

2.3.3 未建模动态

2.4 用反馈跟踪参考信号

2.5 反馈提供鲁棒性

2.5.1 降低参数变化与非线性的影响

*2.5.2 非线性分析与近似

2.6 正反馈

2.6.1 惠利特振荡器

2.6.2 正反馈（positive feedback）实现积分作用

2.6.3 具有饱和的正反馈

2.7 阅读提高

习题

第3章 系统建模

3.1 建模的概念

3.1.1 力学的阐释

3.1.2 电气工程的阐释

3.1.3 控制的观点

*3.1.4 多学科建模

*3.1.5 有限状态机与混合系统

3.1.6 模型的不确定性

3.2 状态空间模型

3.2.1 常微分方程

3.2.2 差分方程

*3.2.3 有限状态机

3.2.4 仿真与分析

3.3 建模方法

3.3.1 框图

3.3.2 代数环

3.3.3 实验建模

3.3.4 归一化与标度

3.4 建模实例

3.4.1 运动控制系统

3.4.2 热流体系统

3.4.3 信息系统

3.4.4 生物系统

3.5 阅读提高

习题

第4章 实例

4.1 巡航控制

4.2 自行车动态模型

4.3 运算放大器电路

4.4 计算系统和网络

4.4.1 Web服务器控制

4.4.2 拥塞控制

4.5 原子力显微镜

4.6 给药管理

4.6.1 房室模型

4.6.2 胰岛素-葡萄糖动力学

4.7 种群动态

4.7.1 逻辑斯蒂增长模型

4.7.2 捕食者-猎物模型

习题

第5章 动态行为

5.1 微分方程的求解

5.2 定性分析

5.2.1 相图

5.2.2 平衡点和极限环

5.3 稳定性

5.3.1 定义

5.3.2 线性系统的稳定性

5.3.3 基于线性近似的稳定性分析

5.3.4 极限环的稳定性

5.4 李雅普诺夫稳定性分析

5.4.1 李雅普诺夫函数

**5.4.2 Krasovski-Lasalle不变性原理

5.5 非局部行为及参数影响

5.5.1 吸引域

5.5.2 分岔

5.5.3 基于反馈的非线性动态设计

5.6 阅读提高

习题

第6章 线性系统

6.1 基本定义

6.1.1 线性性质

6.1.2 时不变性

6.2 矩阵指数

6.2.1 初始条件响应

*6.2.2 若尔当标准型

6.2.3 特征值和模态

6.3 输入/输出响应

6.3.1 卷积方程

6.3.2 坐标不变性

6.3.3 稳态响应

6.3.4 频率响应

6.3.5 采样

6.4 线性化

6.4.1 平衡点附近的雅可比线性化

6.4.2 反馈线性化

6.5 阅读提高

习题

第7章 状态反馈

7.1 可达性

7.1.1 可达性的定义

7.1.2 可达性的判定

7.1.3 可达标准型

7.2 基于状态反馈的镇定

7.2.1 状态空间控制器结构

7.2.2 可达标准型系统的状态反馈

7.2.3 特征值配置

7.3 设计考虑

7.3.1 二阶系统

7.3.2 高阶系统

7.4 积分反馈

7.4.1 系统增广

7.4.2 增广系统的可达性

*7.5 线性二次型调节器

7.6 阅读提高

习题

第8章 输出反馈

8.1 能观性

8.1.1 能观性的定义

8.1.2 能观性的检验

8.1.3 能观标准型

8.2 状态估计

8.2.1 观测器

8.2.2 观测器增益的计算

8.3 基于状态估计的控制

*线性系统的卡尔曼分解

**8.4 卡尔曼滤波器

8.4.1 离散时间系统

8.4.2 连续时间系统

8.4.3 线性二次型高斯控制

8.5 状态空间控制器设计

8.5.1 两自由度控制器结构

8.5.2 前馈设计与轨迹生成

8.5.3 干扰建模与状态增广

8.5.4 反馈设计与增益调度

8.5.5 非线性估计

8.5.6 计算机实现

8.6 阅读提高

习题

第9章 传递函数

9.1 频域建模

9.2 传递函数的确定

9.2.1 指数信号的传输

9.2.2 线性微分方程的传递函数

9.2.3 时延与偏微分方程

9.2.4 传递函数的状态空间实现

*9.3 拉普拉斯变换

9.4 框图和传递函数

9.4.1 控制系统的传递函数

*9.4.2 代数环

9.5 零频增益、极点和零点

9.5.1 零频增益

9.5.2 极点和零点

9.5.3 极点/零点抵消

9.6 伯德图

9.6.1 伯德图的绘制及解释

9.6.2 右半平面上的极点和零点

9.6.3 由伯德图了解系统

9.6.4 实验测定传递函数

9.7 阅读提高

习题

第10章 频域分析

10.1 回路传递函数

10.2 奈奎斯特判据

10.2.1 奈奎斯特图

*10.2.2 奈奎斯特判据的一般形式

10.2.3 条件稳定性

10.3 稳定裕度

10.4 伯德图关系与最小相位系统

*10.5 增益和相位的广义概念

10.5.1 系统增益和无源性

10.5.2 奈奎斯特判据的推广

10.5.3 描述函数

10.6 阅读提高

习题

第11章 PID控制

11.1 基本控制功能

11.2 用于复杂系统的简单控制器

11.3 PID整定

11.3.1 Ziegler-Nichols整定

11.3.2 基于FOTD模型的整定

11.3.3 继电反馈

11.4 积分器饱和

11.4.1 避免饱和

11.4.2 手动控制和跟踪

11.4.3 通用控制器的抗饱和

11.5 实现

11.5.1 对微分滤波

11.5.2 设定值加权

11.5.3 基于运放的实现

11.5.4 计算机实现

11.6 阅读提高

习题

第12章 频域设计

12.1 灵敏度函数

12.2 性能指标

12.2.1 对参考信号的响应

12.2.2 对负载干扰和测量噪声的响应

12.2.3 测量指标

12.3 基于回路整形的反馈设计

12.3.1 设计注意事项

12.3.2 超前和滞后补偿

12.4 前馈设计

12.4.1 前馈与反馈相结合

12.4.2 前馈遇到的困难

12.4.3 近似逆

12.5 根轨迹法

12.6 设计实例

12.7 阅读提高

习题

第13章 鲁棒性能

13.1 建模的不确定性

13.1.1 参数不确定性

13.1.2 未建模的动态

13.1.3 何时两个系统相似？

*13.1.4 Vinnicombe度量

13.2 存在不确定性时的稳定性

13.2.1 基于奈奎斯特判据的鲁棒稳定性

*13.2.2 尤拉参数化

13.3 存在不确定性时的性能

13.3.1 干扰衰减

13.3.2 对参考信号的响应

*13.4 鲁棒性能设计

13.4.1 定量反馈理论

13.4.2 线性二次型控制

*13.4.3 H∞控制

13.4.4 广义稳定裕度

13.4.5 干扰加权

13.4.6 鲁棒设计的局限

13.5 阅读提高

习题

第14章 基本限制

14.1 系统设计考虑

14.1.1 镇定性与强镇定性

14.1.2 右半平面零点与时延

14.2 伯德积分公式

*伯德积分公式的推导

14.3 增益穿越频率不等式

14.4 最大模原理

14.5 鲁棒的极点配置

14.5.1 快稳过程极点

14.5.2 慢稳过程零点

14.5.3 鲁棒极点配置的设计准则

14.6 非线性影响

14.6.1 驱动限制

14.6.2 测量噪声和摩擦

14.7 阅读提高

习题

参考文献