本課程主要講解的內容如下:1.控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬實驗;2.線性定常系統(tǒng)的瞬態(tài)響應誤差分析;3.線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析;4.自動控制系統(tǒng)的校正;5.狀態(tài)空間法;6.能控、能觀性;7.極點配置觀測器;8.*優(yōu)控制;9.自適應控制;10.非線性分析基礎;11.模糊控制與智能控制先進控制技術在機器人,智能設備,交通工具,化工生產過程等行業(yè)的典型應用。本教材圍繞上述內容展開,注重經典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論層次間的縱向聯(lián)接性,將理論與工程案例有機結合,培養(yǎng)研究生用理論指導解決工程問題的思維習慣,提高讀者的現(xiàn)代控制工程基礎課程學習效率和解決復雜工程問題的能力。
1)采用圖文并茂的講解思路,由淺入深、逐層剖析,進行PLC技術的理論講解和實驗指導,加強學生動手能力和認知水平。2)緊跟時代發(fā)展,結合工程實際,對控制理論應用的思路進行講解。3)強化自動化專業(yè)課程間的縱向聯(lián)接性,把經典控制理論,現(xiàn)代控制理論,高級控制理論與應用放到一個系統(tǒng)框架中進行講解,增強讀者的處理復雜工程能力。
自動控制理論與技術在工業(yè)、農業(yè)、交通、國防領域廣泛應用,對提升社會勞動生產效率、改善工作條件、提高生產質量和降低生產成本均有立竿見影的作用。隨著國家大力推進中國制造2025戰(zhàn)略,加快工業(yè)化與信息化融合進程,控制理論與技術在其中發(fā)揮著舉足輕重的作用。編寫和使用面向專業(yè)碩士和工程技術人員的現(xiàn)代控制工程基礎教材,有利于快速培養(yǎng)該領域的高級應用型人才,普及和推廣控制理論與方法在各行業(yè)中的應用,助推國民經濟健康發(fā)展和產業(yè)升級。1. 本書的形成現(xiàn)代控制工程基礎是一門理論性與實踐性很強的專業(yè)基礎課!冬F(xiàn)代控制工程基礎》基于東華理工大學控制工程、機械工程專業(yè)碩士研究生開設的專業(yè)基礎課程講義編寫。眾所周知,掌握并能熟練應用該課程相關理論與方法解決工作中遇到的科學或工程問題是控制工程與機械工程專業(yè)碩士的培養(yǎng)方向,也是其成長為高級應用型工程技術人員的必由之路。作為面向來自不同本科專業(yè)背景的研究生教材,能幫助研究生快速掌握本領域廣泛使用的控制工程相關理論基礎,對有效提升研究生的培養(yǎng)質量與效率有重要的現(xiàn)實意義。目前,與控制理論相關的教材普遍存在理論艱深、內容陳舊且與實際應用脫節(jié)的問題。本教材是編者以近年教改成果為基礎,結合編者本人從事科研的體會,精選面向專業(yè)碩士研究生與工程技術人員的實用控制理論與技術內容編寫而成的,可供相關院校與專業(yè)技術人員選擇使用。通過對本教材內容的學習,一方面可以加深讀者對理論知識的理解,另一方面可以提升讀者對實際工程問題的思考、抽象、分析、推理和解決工程問題的能力。2. 主要內容根據東華理工大學現(xiàn)代控制工程基礎課程的教學大綱,本教材的主要內容包含如下方面:①緒論,包括控制理論的應用意義、發(fā)展階段及其面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向;②經典控制理論,包括經典控制理論概述、數(shù)學模型與典型環(huán)節(jié)、時域分析法、根軌跡法、頻域分析法和離散控制系統(tǒng)等內容;③現(xiàn)代控制理論,包括現(xiàn)代控制理論概述、狀態(tài)空間與數(shù)學模型變換、離散系統(tǒng)狀態(tài)空間的解、系統(tǒng)的能控能觀性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定判據和極點配置與觀測器等內容;④*優(yōu)控制,包括*優(yōu)控制理論概述、*優(yōu)控制的變分法、極小值原理和線性二次型*優(yōu)控制系統(tǒng)等內容;⑤自適應控制,包括自適應控制概述、模型參考自適應控制、自校正控制和新型自適應控制技術簡介等內容;⑥智能控制,包括智能控制概述、模糊邏輯控制與神經網絡控制等內容。本教材涵蓋了當前科研領域和工程領域主流的控制理論及方法,是一部內容精而全的教科書。3. 編寫特色相較于其他教材,在內容體系與結構上,本教材提供多領域的工程案例,使得抽象難懂的理論知識變成形象具體的知識;在知識表述方式上,本教材簡化甚至避免復雜的推理過程。本教材以應用為目的,以能力培養(yǎng)為導向,突出解決問題、分析問題與動手能力的培養(yǎng),對鞏固研究生的專業(yè)基礎和構建專業(yè)思維起到非常關鍵的作用。該教材的特色與創(chuàng)新體現(xiàn)在:在內容上,將經典控制理論、現(xiàn)代控制理論與智能控制理論知識整合在一起,將控制對象在不同時期的研究方法進行對比,利于讀者理解不同理論方法之間的內在聯(lián)系與優(yōu)缺點;在結構上,體現(xiàn)了理論與實踐相統(tǒng)一的思想,相較于以前的教材更加注重實踐;在知識表述方式上,側重以應用為導向的能力培養(yǎng)思路;同時,本教材還進一步擴大了課程理論與應用的覆蓋范圍,提升了課程的適應性。目前,現(xiàn)代控制工程基礎課程是面向東華理工大學控制工程專業(yè)領域碩士研究生課程建設項目,先后通過校級核心課程、校級課程思政示范課、江西省優(yōu)質課程項目驗收。該課程建設項目成果獲得東華理工大學教學成果二等獎。Ⅱ現(xiàn)代控制工程基礎前言Ⅲ4. 作者致謝本教材為江西省學位教育優(yōu)質課程現(xiàn)代控制工程基礎課程的配套教材。感謝東華理工大學研究生院、機械與電子工程學院的大力支持與資助;感謝江西省級教學團隊、現(xiàn)代控制工程基礎課程教學團隊李躍忠教授、劉樹博副教授、劉國權副教授、吳生彪博士、朱立老師、葛遠香老師等對本教材內容提出的許多寶貴意見;感謝羅翌綾、劉瑞、譚臻、張志遠等同學參與本書的錄入、排版和插圖繪制;感謝華中科技大學出版社為本書的出版提供了有益的修改建議和付出的辛勤勞動。5. 聯(lián)系作者本教材的內容雖然經過作者多年教學應用與修改,但仍不免存在疏漏與錯誤,歡迎使用本教材的教師同行和讀者批評指正。聯(lián)系郵箱為37171880@qq.com或xxluo@ecut.edu.cn。編者2024年8月于南昌
羅先喜,男,博士,教授。美國阿拉巴馬大學訪問學者,機械工業(yè)教育學會電氣及自動化學科教學委員會委員,江西省自動化學會理事,東華理工大學機電學院自動化系主任。近年來一直從事儀器儀表工程,控制理論與控制工程領域的研究,主要研究方向是控制系統(tǒng)建模與優(yōu)化控制、檢測技術與數(shù)據處理、能源管理系統(tǒng)和電子系統(tǒng)設計及相關應用技術。系統(tǒng)講授電機與拖動技術、電力電子技術、現(xiàn)代控制理論、過程控制、控制儀表與裝置等課程。主持和參與國家和省部級科研10項,包括國家自然科學基金項目3項。先后在國內外知名期刊和會議上發(fā)表EI論文40余篇,出版專著1部,獲得國家專利授權5項,軟件著作權15項。
1緒論(1)1.1控制理論的應用意義(1)1.2控制理論的發(fā)展階段(2)1.3控制理論面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向(6)本章小結(7)思考題(7)2經典控制理論(8)2.1經典控制理論概述(8)2.2數(shù)學模型與典型環(huán)節(jié)(15)2.3時域分析法(31)2.4根軌跡法(57)2.5頻域分析法(71)2.6離散控制系統(tǒng)(96)本章小結(107)思考題(109)3現(xiàn)代控制理論(112)3.1現(xiàn)代控制理論概述(112)3.2狀態(tài)空間與數(shù)學模型變換(114)3.3離散系統(tǒng)狀態(tài)空間的解(136)3.4系統(tǒng)的能控能觀性(139)3.5系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)定判據(154)3.6極點配置與觀測器(161)本章小結(170)思考題(171)4*優(yōu)控制(174)4.1*優(yōu)控制理論概述(174)4.2*優(yōu)控制的變分法(181)4.3極小值原理(196)4.4線性二次型*優(yōu)控制系統(tǒng)(212)本章小結(224)思考題(226)5自適應控制(228)5.1自適應控制概述(228)5.2模型參考自適應控制(232)5.3自校正控制(244)5.4新型自適應控制技術簡介(261)本章小結(267)思考題(268)6智能控制(270)6.1智能控制概述(270)6.2模糊邏輯控制(275)6.3神經網絡控制(300)本章小結(322)思考題(323)附錄A常用函數(shù)的拉氏變換與z變換對照表(325)附錄B控制工程領域主要文獻檢索工具、學術期刊與學術會議(326)參考文獻(329)現(xiàn)代控制工程基礎目錄