前言
动力学控制理论与应用
目录
动力学控制理论与应用
目录
序
前言
第1章动力学控制的基本概念1
1.1动力学控制中的基本概念1
1.1.1控制系统组成部分1
1.1.2常见控制系统的分类2
1.1.3控制系统的一般要求4
1.2控制基本框图5
1.2.1反馈系统控制框图5
1.2.2反馈控制系统的传递函数5
1.2.3反馈控制系统的一个重要特性6
1.3常用的控制方法8
1.3.1二位控制或开关控制8
1.3.2PID控制8
1.3.3状态反馈控制9
1.3.4输出反馈控制10
1.3.5前馈控制10
1.3.6最优控制12
1.3.7模糊逻辑控制13
1.4控制模型实例分析14
习题20
第2章结构振动模态分析法22
2.1线性系统的动力学方程22
2.2系统的实模态分析法23
2.2.1系统的实模态23
2.2.2主模态和正则模态24
2.3系统振动响应的实模态分析法26
2.3.1系统在零激励下的响应——自由
响应26
2.3.2无阻尼系统在外激励下的响应29
2.4特征值为重根或等于零的情况30
2.4.1重特征值时特征向量的计算30
2.4.2零特征值情况——刚体模态33
2.5阻尼系统的模态分析法35
2.5.1比例阻尼系统的实模态分析35
2.5.2复模态分析法1——对称系统36
2.5.3复模态分析法2——非对称情况44
2.6温克勒地基梁的弯曲振动问题45
2.6.1温克勒地基梁固有振动分析45
2.6.2模态分析法48
2.6.3车载模型通过温克勒地基梁的耦合
振动问题50
习题58
第3章系统运动稳定性分析59
3.1动态系统的稳定性59
3.1.1系统稳定性的基本概念59
3.1.2控制系统的稳定性分析60
3.2线性系统稳定性条件61
3.2.1线性系统稳定性的充要条件61
3.2.2线性系统稳定性的必要条件62
3.3线性系统稳定判据方法63
3.3.1赫尔维茨（Hurwitz）判据63
3.3.2线性系统的稳定性劳斯（Routh）
判据64
3.3.3李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性
判据67
3.4系统稳定性分析的MATLAB函数70
3.4.1直接判定方法70
3.4.2间接判定方法71
3.4.3李雅普诺夫方法74
3.5力学系统的平衡与稳定性75
3.5.1力学系统的平衡问题75
3.5.2保守力场中系统稳定性分析77
习题80
第4章线性系统的能控、能观性
分析82
4.1能控性和能观性的物理现象82
4.2系统的能控性分析83
4.2.1能控性的定义83
4.2.2能控条件84
4.2.3线性系统的能控性MATLAB
函数86
4.2.4能控标准型88
4.3系统的能观性分析93
4.3.1能观性的基本概念93
4.3.2系统能观性分析93
4.3.3能观性MATLAB函数95
4.3.4系统方程的能观标准型96
4.4能控性、能观性与传递函数关系100
4.5对偶原理——能控与能观之间的
关系102
习题104
第5章动态系统反馈控制106
5.1动力学系统的反馈控制原理106
5.1.1状态反馈控制系统106
5.1.2输出反馈系统107
5.1.3闭环控制系统的能控与能观
性质108
5.2状态反馈极点配置法108
5.2.1极点配置基本概念108
5.2.2状态反馈的极点配置的间接法109
5.2.3状态反馈极点配置的直接法112
5.3输出反馈极点配置法121
5.3.1输出反馈到状态微分端121
5.3.2输出反馈到参考输入端121
5.3.3输出反馈极点配置方法122
5.4状态观测器和状态重构123
5.4.1全维观测器123
5.4.2采用状态观测器的状态反馈
系统125
5.4.3降维观测器128
习题131
第6章泛函与泛函极值分析133
6.1泛函的基本概念133
6.1.1泛函实例133
6.1.2泛函的定义及性质135
6.2泛函的变分与泛函极值问题135
6.2.1泛函的变分135
6.2.2泛函极值，欧拉-拉格朗日方程136
6.3两种边界的变分问题137
6.3.1固定边界的变分137
6.3.2可动边界的变分140
6.4拉格朗日乘子在求泛函极值中的
应用141
6.4.1固定端点的问题141
6.4.2始端固定、末值状态自由情况下的
最优控制问题143
习题148
第7章动态系统最优控制149
7.1最优控制问题的一般性提法149
7.2用变分法求解最优控制问题152
7.2.1固定端点的问题152
7.2.2当始端时刻固定、末值状态自由情况
下的最优控制153
7.3线性系统的二次型与最优设计153
7.3.1连续系统的二次型最优控制
指标154
7.3.2连续系统的二次型最优控制设计——
黎卡提方程155
7.3.3线性离散系统的最优控制160
7.4基于李雅普诺夫线性系统的最优参数
问题163
7.5次最优控制166
7.6用MATLAB/Simulink解二次型最优控制
问题167
7.7基于二阶微分方程(组)的最优控制
模型173
习题179
第8章结构振动控制181
8.1结构振动控制的基本方法181
8.2两类振动模态控制法182
8.2.1耦合模态控制182
8.2.2非耦合模态控制（独立模态
控制）183
8.3无阻尼系统模态控制规律设计188
8.3.1极点配置法188
8.3.2最优控制法189
8.3.3模态滤波器189
8.4阻尼系统独立模态空间控制律设计193
8.4.1阻尼系统193
8.4.2状态反馈控制规律设计193
8.4.3最优控制规律设计194
8.5结构解耦控制问题196
8.5.1串联补偿器解耦197
8.5.2状态反馈解耦199
8.6振动半主动控制204
8.6.1半主动吸振205
8.6.2半主动隔振205
8.7主动隔振器设计206
8.7.1主动位移隔振206
8.7.2基础激励控制207
8.7.3工程实例分析210
习题215
第9章PID控制218
9.1PID控制模型218
9.1.1PID控制的组成218
9.1.2PID控制响应分析219
9.2离散PID控制225
9.2.1增强PID控制计算公式225
9.2.2近似离散PID控制226
9.3改进的PID控制227
9.3.1饱和效应与饱和积分227
9.3.2克服饱和的方法227
9.4PID参数工程整定法228
9.4.1频域方法228
9.4.2齐格勒-尼克尔斯方法232
9.4.3临界振荡法234
9.4.4衰减曲线法236
9.5PID控制参数配置法238
9.5.1二阶系统PD控制参数配置法238
9.5.2二阶系统PID控制参数配置法239
9.5.3二阶系统PID控制并联模型243
9.6模糊PID控制246
9.6.1模糊控制工作原理246
9.6.2模糊PID控制器设计247
习题254
附录256
附录A部分MATLAB指令意义256
附录BSimulink仿真技巧257
参考文献259