第1章 什么是控制 1
1.1 日常生活中的控制 3
1.2 反饋控制 4
1.3 控制工程的作用 6
1.4 本書概要 8
第2章 Python基礎 12
2.1 搭建Python環境 14
2.2 Jupyter Notebook的使用方法 14
2.3 Python基礎 18
2.3.1 數據和類型 19
2.3.2 流程控制 24
2.3.3 函數定義 27
2.3.4 閉包、lambda表達式、生成器、列表生成式 28
2.3.5 模塊 30
2.4 本書中用到的模塊 31
2.4.1 Numpy 31
2.4.2 Matplotlib 33
2.4.3 Scipy 37
2.4.4 Sympy 38
2.4.5 Python-Control 39
第3章 控制系統建模 43
3.1 描述動態系統 45
3.1.1 手推車的模型 46
3.1.2 垂直驅動機械臂的模型 46
3.1.3 RCL電路的模型 47
3.1.4 放大電路的模型 48
3.1.5 控制工程中使用的模型描述 49
3.2 傳遞函數模型 50
3.2.1 手推車和機械臂的傳遞函數模型 52
3.2.2 RCL電路和放大電路的傳遞函數模型 52
3.2.3 用Python表述模型 53
3.3 狀態空間模型 55
3.3.1 手推車和機械臂的狀態空間模型 57
3.3.2 RCL電路和放大電路的狀態空間模型 58
3.3.3 用Python表述模型 59
3.4 框圖 60
3.4.1 串聯 61
3.4.2 并聯 61
3.4.3 反饋 62
第4章 被控對象的行為 69
4.1 時域響應 71
4.1.1 一階滯后系統 72
4.1.2 二階滯后系統 77
4.2 狀態空間模型的時域響應 83
4.3 穩定性 88
4.3.1 輸入輸出穩定性 88
4.3.2 漸進穩定性 91
4.4 極點與系統行為的關系 93
4.5 頻域響應 95
4.5.1 一階滯后系統 100
4.5.2 二階滯后系統 102
第5章 關注閉環系統的控制系統設計 109
5.1 閉環系統的設計規格 111
5.1.1 穩定性 111
5.1.2 時域響應特性 113
5.1.3 頻域響應特性 113
5.1.4 閉環系統的設計規格 114
5.2 PID控制 115
5.2.1 P控制的性能分析 116
5.2.2 PD控制 119
5.2.3 PID控制 122
5.3 二自由度控制 127
5.4 使用臨界比例度法進行增益調整 131
5.5 使用模型匹配法進行增益調整 134
5.6 狀態反饋控制 138
5.6.1 極點配置法 139
5.6.2 最優調節器 142
第6章 關注開環系統的控制系統設計 152
6.1 開環系統的設計規格 154
6.1.1 穩定性 154
6.1.2 快速性與阻尼特性 160
6.1.3 穩態誤差 162
6.1.4 開環系統的設計規格 163
6.2 PID控制 163
6.2.1 P控制 163
6.2.2 PI控制 165
6.2.3 PID控制 167
6.3 相位超前校正和相位滯后校正 172
6.3.1 相位滯后校正 172
6.3.2 相位超前校正 174
6.3.3 垂直驅動機械臂的控制系統設計 175
第7章 高級控制系統設計 184
7.1 使用觀測器的輸出反饋控制 186
7.2 魯棒控制 193
7.3 數字化實現 200
7.3.1 使用零階保持的離散化 201
7.3.2 使用雙線性變換的離散化 202
附錄 數學補充內容 208