（智能控制理論）

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自動控制理論是自動控制科學的核心。自動控制理論自已經(jīng)過了三代的發(fā)展：第一代為20世紀初開始形成并于50年代在線性代數(shù)的數(shù)學甚而上發(fā)展起來的現(xiàn)代控制理論；第三代為60年代中期即已萌芽，在發(fā)展過程中綜合了人工智能、自動控制、運籌學、信息論等多學科的最新成果并在此基礎上形成的智能控制理論。

中文名

自動控制理論

外文名

Automatic Control Theory

核心

自動控制科學

第一代

20世紀初

第三代

60年代

自動控制系統(tǒng)的分類有多種方法。

①按控制裝置類型，可分為常規(guī)控制和計算機控制兩種。常規(guī)控制采用模擬式控制器（見控制儀表），計算機控制采用電子數(shù)字計算機。②按有無反饋，可分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。

③按設定值是否固定，可分定值控制系統(tǒng)和隨動控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)的設定值固定不變，控制系統(tǒng)可自動克服擾動的影響，使被控變量保持基本恒定。隨動控制系統(tǒng)中設定值是變化的，系統(tǒng)使被控變量隨設定值而變化。例如，在化工生產(chǎn)中,要求物料A的流量與另一物料B的流量保持一定的比值，如果物料B的流量是變化的，物料A的流量就必須隨之變化，此時物料A的流量控制就屬于隨動控制類型。

離散控制理論在計算中也有很廣泛的應用，例如，開方：

開方公式：X(n 1)=Xn [A/X^(k-1)-Xn]1/k.

例如我們開3次方，即K=3；

公式：X(n 1)=Xn [A/X^2-Xn]1/3

例如，A=5，5在1的3次方和2的3次方之間，X0無論取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0都可以。假如我們?nèi)?為初始值：

第一步：2 (5/2x2-2)1/3=1.7=X1

第二步：1.7 (5/1.7x1.7-1.7)1/3=1.71=X3

第三步：1.71 (5/1.71x1.71-1.71)1/3=1.709=X4

第四步：1.709 (5/1.709x1.709-1.709)1/3=1.7099=X5

每計算一次，比上一次多取一位數(shù)，計算次數(shù)與精確度成正比。取值偏大公式會自動調(diào)小，例如第一步和第二步，取值偏小公式會自動調(diào)大，例如第三步，第四步。 2100433B

本書是突出工程理念、依托系統(tǒng)設計的實踐類教材，強調(diào)控制理論的基本概念、基本原理和基本方法，注重對物理系統(tǒng)的建模和按實際系統(tǒng)的性能要求進行系統(tǒng)設計，體現(xiàn)“做中學”的工程教育理念。本書由兩大部分組成，第一部分介紹自動控制原理的傳統(tǒng)實驗、模擬仿真和數(shù)字仿真實驗，第二部分介紹常見系統(tǒng)設計典型案例。

第1章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型

1.1 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型

1.2 控制系統(tǒng)數(shù)學模型之間的變換

1.3 控制系統(tǒng)數(shù)學模型的組合連接

思考題

第2章 時域響應法

2.1 控制系統(tǒng)時域響應概述

2.2 控制系統(tǒng)時域響應的MATLAB實現(xiàn)

2.2.1 用MATLAB函數(shù)進行暫態(tài)響應分析

2.2.2 用MATLAB函數(shù)進行線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

2.2.3 系統(tǒng)動態(tài)特性分析

2.3 控制系統(tǒng)時域響應性能分析(傳統(tǒng)實驗)

2.3.1 典型環(huán)節(jié)

2.3.2 典型二階系統(tǒng)

2.3.3 典型三階系統(tǒng)

2.4 控制系統(tǒng)時域響應的數(shù)字仿真

思考題

第3章 根軌跡法

3.1 根軌跡的概念及其繪制方法

3.1.1 根軌跡的概念

3.1.2 繪制系統(tǒng)根軌跡的基本法則

3.1.3 控制系統(tǒng)的根軌跡分析

3.2 根軌跡繪制舉例

3.3 采用MATLAB繪制根軌跡

思考題

第4章 頻率特性法

4.1 頻率特性及其表示

4.1.1 頻率特性概念

4.1.2 開環(huán)頻率特性

4.1.3 頻率分析法

4.1.4 開環(huán)對數(shù)幅頻的三頻段

4.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性

4.3 開環(huán)頻率特性的繪制

4.3.1 開環(huán)幅相頻率特性的繪制(極坐標圖)

4.3.2 開環(huán)對數(shù)頻率特性(伯德圖)

4.4 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)

4.4.1 最小相位系統(tǒng)定義

4.4.2 最小相位系統(tǒng)的特征

4.4.3 非最小相位系統(tǒng)的頻率特性

4.5 基于 MATLAB的頻域特性分析

思考題

第5章 控制系統(tǒng)的設計與校正

5.1 校正概念及常用校正裝置

5.1.1 校正的基本概念

5.1.2 常用校正裝置

5.2 常用校正方法

5.2.1 頻率法校正

5.2.2 根軌跡法校正

5.3 控制系統(tǒng)校正實驗（傳統(tǒng)實驗）

5.3.1 實驗目的、內(nèi)容及步驟

5.3.2 實驗過程分析

5.4 基于MATLAB控制系統(tǒng)設計舉例

思考題

第6章 非線性和采樣系統(tǒng)設計

6.1 非線性系統(tǒng)及數(shù)學模型

6.1.1 常用方法

6.1.2 典型非線性環(huán)節(jié)及數(shù)學模型

6.2 非線性控制系統(tǒng)的建模及設計（傳統(tǒng)實驗）

6.2.1 典型非線性特性的模擬電路

6.2.2 實例考察

6.2.3 實驗要求

6.3 基于MATALB的非線性控制系統(tǒng)設計

6.4 采樣控制系統(tǒng)分析

6.4.1 基本概念

6.4.2 數(shù)學模型

6.4.3 差分方程求解

6.4.4 脈沖傳遞函數(shù)（z傳遞函數(shù)）

6.5 基于MATLAB的采樣控制系統(tǒng)設計

6.5.1 連續(xù)系統(tǒng)的離散化

6.5.2 求離散系統(tǒng)的響應

思考題

第7章 狀態(tài)變量控制系統(tǒng)

7.1 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程及其解

7.1.1 基本概念

7.1.2 MATLAB的應用

7.1.3 實驗要求

7.2 能控性和能觀性的判別

7.2.1 基本原理

7.2.2 MATLAB在能控能觀性等方面的應用

7.2.3 實驗要求

7.3 穩(wěn)定性

7.3.1 基本概念

7.3.2 MATLAB在李雅普諾夫穩(wěn)定性上的應用

7.3.3 實驗要求

7.4 極點配置和狀態(tài)觀測器

7.4.1 基本要點

7.4.2 MATLAB在極點配置和狀態(tài)觀測器設計方面的應用

7.4.3 實驗要求

思考題

第8章 控制系統(tǒng)典型案例

8.1 位置隨動系統(tǒng)

8.1.1 系統(tǒng)組成及工作原理

8.1.2 數(shù)學模型

8.1.3 控制系統(tǒng)設計

8.2 水箱液位控制系統(tǒng)

8.2.1 單容水箱液位控制系統(tǒng)

8.2.2 雙容水箱液位控制系統(tǒng)

8.3 運動控制系統(tǒng)設計

8.3.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設計

8.3.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設計

第9章 復雜控制典型案例

9.1 倒立擺控制系統(tǒng)

9.1.1 數(shù)學模型的建立

9.1.2 倒立擺PID控制

9.1.3 倒立擺LQR控制

9.2 三自由度直升機

9.2.1 數(shù)學模型的建立

9.2.2 控制器設計

9.2.3 仿真實驗

9.3 四旋翼飛行器

9.3.1 模型的力學分析

9.3.2 PID控制器設計

9.3.3 線性二次最優(yōu)控制器設計

附錄A MATLAB基礎

A.1 MATLAB基礎

A.2 Simulink基礎

A.3 計算機仿真基礎

附錄B 傳統(tǒng)實驗裝置功能介紹

B.1 實驗裝置概述

B.2 安裝指南及系統(tǒng)要求

B.3 功能使用說明

參考文獻 2100433B

《自動控制理論實驗及綜合系統(tǒng)設計》以最新教學大綱為依據(jù)，對作者多年教學改革實踐的經(jīng)驗進行總結，分別用經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的分析與設計方法來實現(xiàn)系統(tǒng)的實驗研究；然后，利用計算機仿真技術來實現(xiàn)系統(tǒng)的計算機輔助設計與分析；最后，利用本課程的綜合知識或與本課程相關的知識獨立完成較強的綜合性系統(tǒng)設計。在將經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的實驗教學內(nèi)容有機地結合的基礎上，將計算機仿真與系統(tǒng)綜合設計融為一體。為適應教學改革及學時壓縮的需要，全書共分四章，內(nèi)容有古典控制理論基礎實驗，現(xiàn)代控制理論基礎實驗，控制理論MATLAB仿真實驗和控制系統(tǒng)綜合設計。所用的實驗設備XMN-2 型自動控制原理學習機、示波器、XD2信號發(fā)生器在附錄中均給出了詳細使用說明。