《物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)》將理論知識講解與工業(yè)應(yīng)用分析相結(jié)合，讓學(xué)生掌握經(jīng)典控制理論的時域、頻域分析法；了解線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達，Lyapunov穩(wěn)定性分析方法；掌握計算機控制系統(tǒng)中的常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)；在了解物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)控制技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。通過本書的學(xué)習(xí)，學(xué)生獲得自動控制的基本原理、基本知識和基本分析方法，正確理解和運用自動控制的相關(guān)理論，掌握一套比較完整的系統(tǒng)分析、設(shè)計和計算方法，并具備一定的實驗技能，不僅為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，而且直接為解決實際控制問題提供理論和方法。
前言
緒論1
第1部分經(jīng)典控制理論
第1章自動控制系統(tǒng)的基本概念13
1.1引言13
1.2開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)14
1.2.1基本概念14
1.2.2自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖15
1.2.3開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制
系統(tǒng)17
1.3對閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本要求19
1.3.1基本概念19
1.3.2對控制系統(tǒng)的基本要求19
1.3.3自動控制系統(tǒng)的類型21
習(xí)題23
第2章自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型24
2.1數(shù)學(xué)模型及建模的基本概念24
2.1.1動態(tài)微分方程的編寫25
2.1.2非線性系統(tǒng)(數(shù)模)的線
性化27
2.1.3運動方程無量綱化27
2.1.4典型系統(tǒng)微分方程的列寫28
2.2傳遞函數(shù)29
2.3典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)分析31
2.3.1比例環(huán)節(jié)(放大環(huán)節(jié))32
2.3.2慣性環(huán)節(jié)32
2.3.3積分環(huán)節(jié)33
2.3.4微分環(huán)節(jié)34
2.3.5振蕩環(huán)節(jié)35
2.3.6延遲環(huán)節(jié)36
2.4環(huán)節(jié)的連接方式36
2.4.1串聯(lián)36
2.4.2并聯(lián)37
2.4.3反饋37
習(xí)題39
第3章控制系統(tǒng)的時域分析40
3.1時域分析法介紹40
3.2時域性能指標40
3.2.1系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標41
3.2.2典型輸入信號41
3.2.3脈沖響應(yīng)函數(shù)42
3.3一階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)42
3.3.1單位階躍響應(yīng)43
3.3.2單位斜坡響應(yīng)43
3.3.3單位脈沖響應(yīng)43
3.3.4單位階躍、單位斜坡、單位
脈沖響應(yīng)的關(guān)系43
3.4二階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)44
3.4.1二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型44
3.4.2欠阻尼情況下二階系統(tǒng)的動
態(tài)性能指標的計算47
3.4.3改善二階系統(tǒng)性能的措施49
3.5高階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和簡化分析49
3.6自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及代數(shù)
判據(jù)50
3.6.1穩(wěn)定性的基本概念50
3.6.2控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件50
3.6.3系統(tǒng)穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)51
3.7控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析56
3.7.1系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的概念56
3.7.2控制系統(tǒng)按開環(huán)結(jié)構(gòu)中積分
環(huán)節(jié)數(shù)分類59
3.7.3給定值輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差
計算59
3.7.4擾動輸入下穩(wěn)態(tài)誤差的計算63
習(xí)題64
第4章控制系統(tǒng)的頻域分析66
4.1頻率特性的基本概念66
4.1.1頻域分析法的基本思想66
4.1.2頻域分析法的特點66
4.1.3頻率特性的定義67
4.2頻率特性的表示方法68
4.2.1頻率特性的解析式方法68
4.2.2頻率特性的圖示方法69
4.3典型環(huán)節(jié)的頻率特性70
4.3.1比例環(huán)節(jié)70
4.3.2積分環(huán)節(jié)71
4.3.3微分環(huán)節(jié)72
4.3.4慣性環(huán)節(jié)73
4.3.5振蕩環(huán)節(jié)74
4.3.6延時環(huán)節(jié)76
4.4控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性77
4.4.1開環(huán)頻率特性的極坐標圖77
4.4.2開環(huán)頻率特性的對數(shù)頻率特
性圖78
4.5控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析79
4.5.1奈奎斯特判據(jù)的優(yōu)點79
4.5.2奈奎斯特判據(jù)的理論依據(jù)79
4.5.3奈奎斯特判據(jù)80
4.5.4相對穩(wěn)定性81
4.6頻域分析法中的系統(tǒng)性能指標83
4.6.1靜態(tài)性能指標在奈奎斯特曲線
或伯德曲線上的呈現(xiàn)形式83
4.6.2控制系統(tǒng)的動態(tài)頻域指標83
4.6.3頻域指標的計算83
習(xí)題87
第5章控制系統(tǒng)的校正方法88
5.1校正的基本概念88
5.1.1控制系統(tǒng)的校正及其思路88
5.1.2設(shè)計指標89
5.1.3控制系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)及特點89
5.1.4系統(tǒng)校正的方法90
5.2串聯(lián)校正典型環(huán)節(jié)特性91
5.2.1超前校正環(huán)節(jié)特性91
5.2.2滯后校正環(huán)節(jié)特性91
5.2.3滯后超前校正環(huán)節(jié)特性92
5.3用頻域法設(shè)計串聯(lián)校正環(huán)節(jié)92
5.3.1希望的開環(huán)頻率特性92
5.3.2串聯(lián)超前校正的一般步驟92
習(xí)題94
第2部分現(xiàn)代控制理論
第6章系統(tǒng)描述95
6.1狀態(tài)空間表達式95
6.1.1能控標準形96
6.1.2能觀測標準形97
6.1.3對角線標準形98
6.1.4Jordan標準形98
6.2線性時不變系統(tǒng)的特征結(jié)構(gòu)99
6.2.1系統(tǒng)矩陣A的特征值99
6.2.2n維系統(tǒng)矩陣的對角線化100
6.2.3特征值的不變性102
6.2.4狀態(tài)變量組的非唯一性102
6.3系統(tǒng)模型之間的相互變換103
6.3.1傳遞函數(shù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表
達式103
6.3.2由狀態(tài)空間表達式到傳遞函
數(shù)的變換104
習(xí)題106
第7章線性多變量系統(tǒng)的運動
分析108
7.1線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的解108
7.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)109
7.3向量矩陣分析中的若干結(jié)果110
7.3.1凱萊哈密爾頓定理110
7.3.2最小多項式111
7.4矩陣指數(shù)函數(shù)eAt的計算111
7.4.1方法一：直接計算法(矩陣
指數(shù)函數(shù))112
7.4.2方法二：對角線標準形與
Jordan標準形法112
7.4.3方法三：拉氏變換法113
7.4.4方法四：化eAt為A的有限
項法114
習(xí)題116
第8章Lyapunov穩(wěn)定性分析117
8.1引言117
8.2Lyapunov意義下的穩(wěn)定性問題117
8.2.1平衡狀態(tài)、給定運動與擾動
方程的原點118
8.2.2Lyapunov意義下的穩(wěn)定性
定義118
8.2.3預(yù)備知識120
8.3Lyapunov穩(wěn)定性理論122
8.3.1Lyapunov第一法122
8.3.2Lyapunov第二法123
8.3.3線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性與非線性
系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較126
8.4線性定常系統(tǒng)的Lyapunov穩(wěn)定性
分析126
習(xí)題130
第9章線性多變量系統(tǒng)的綜合
與設(shè)計132
9.1引言132
9.1.1問題的提法132
9.1.2性能指標的類型133
9.1.3研究綜合問題的主要內(nèi)容133
9.1.4工程實現(xiàn)中的一些理論問題134
9.2極點配置問題134
9.2.1問題的提法134
9.2.2可配置條件135
9.2.3極點配置的算法138
9.2.4低階系統(tǒng)的極點配置問題139
習(xí)題139
第3部分計算機控制系統(tǒng)
第10章計算機控制系統(tǒng)概述140
10.1計算機控制系統(tǒng)的組成140
10.2計算機控制系統(tǒng)的特點141
10.3計算機控制系統(tǒng)的典型形式142
10.4計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展方式144
習(xí)題144
第11章常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)145
11.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計技術(shù)145
11.2PID控制148
11.2.1PID控制算法148
11.2.2數(shù)字PID控制算法的改進150
11.2.3數(shù)字PID控制參數(shù)整定153
11.3純滯后系統(tǒng)控制155
11.3.1大林算法156
11.3.2史密斯預(yù)估算法158
11.4最少拍控制16011.4.1史密斯預(yù)估算法160
11.4.2最少拍控制器設(shè)計161
11.4.3最少拍無紋波控制163
習(xí)題163
第12章分散性測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)165
12.1分散控制系統(tǒng)165
12.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)167
12.3計算機集成制造系統(tǒng)167
習(xí)題170
第13章計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計
與實施171
13.1計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計
原則171
13.2計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計
步驟173
習(xí)題175
第4部分無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的控制技術(shù)
第14章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的
控制技術(shù)176
14.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述176
14.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)176
14.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征177
14.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由控制
技術(shù)178
14.2.1路由協(xié)議的分類179
14.2.2能量感知路由協(xié)議180
14.2.3基于查詢的路由協(xié)議181
14.2.4地理位置路由184
14.2.5基于服務(wù)質(zhì)量的路由協(xié)議186
14.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的鏈路層技術(shù)188
14.3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議188
14.3.2基于時分復(fù)用的MAC協(xié)議193
14.4定位跟蹤控制技術(shù)195
14.4.1定位技術(shù)概述195
14.4.2節(jié)點位置計算的常見方法195
14.4.3定位算法分類197
14.5目標跟蹤控制208
14.6覆蓋控制212
14.6.1虛擬勢場力方法213
14.6.2粒子群方法214
14.7移動傳感網(wǎng)動態(tài)建模和控制
技術(shù)218
習(xí)題221
第5部分網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
第15章網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)222
15.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述222
15.2網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概念和結(jié)構(gòu)223
15.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的時序226
15.3.1采樣速率分析226
15.3.2延遲與抖動分析226
15.3.3NCSs的節(jié)點驅(qū)動方式226
15.4網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)模型227
15.4.1NCSs中的基本假設(shè)227
15.4.2連續(xù)系統(tǒng)模型227
15.4.3離散系統(tǒng)模型228
15.4.4混合系統(tǒng)模型231
15.4.5有數(shù)據(jù)包丟失時NCSs的
模型231
15.4.6時滯系統(tǒng)模型232
15.4.7其他模型232
15.5通信約束下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)
定性分析233
15.5.1網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的通信
約束233
15.5.2量化反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析233
15.5.3基于狀態(tài)觀測的量化反饋穩(wěn)
定性分析236
15.6網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計238
15.6.1控制器設(shè)計方法238
15.6.2隨機最優(yōu)控制技術(shù)238
15.6.3增廣確定控制技術(shù)239
15.6.4基于QoS的控制方法240
15.6.5魯棒控制方法240
15.6.6其他控制方法241
習(xí)題241
參考文獻242
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