自動控制：多學科視角（簡體書）

《自動控制:多學科視角》是自動控制領域國際級權威的經典著作。書中通過物理學、生物學、計算機科學和運籌學等學科中的應用實例，全面闡述了反饋控制的基本理論和設計方法，介紹了對反饋系統進行建模、分析和設計時的數學應用，講解了頻域中的分析方法，包括傳遞函數、奈奎斯特分析、PID控制、頻域設計和魯棒性等。
對于本科生和研究生來說，這是一本完美的自動控制原理教科書：對于研究人員來說，這是一本必不可少的內容全面的參考書。

作者：（瑞典）阿斯特魯姆 （美國）默里（Richard M.Murray） 譯者：尹華杰 等

阿斯特魯姆，瑞典皇家科學院成員，瑞典皇家工程科學院副院長，美國國家工程學院外籍院士。著名的控制理論專家，在控制理論、控制引擎、計算機控制和自適應控制方面作出了傑出的貢獻。曾獲得多項獎勵，如1985年獲Rufus Oldenburger獎，1987年獲IFAC Quazza獎章，1990年獲IFEE控制系統領域獎，1993年獲IEEE的最高獎項：IEEE榮譽獎章。
Richard M.Murray著名的控制理論專家，加利福尼亞技術學院控制與動力系統方面的教授。研究領域涉及網絡系統的反饋和控制等，當前研究的項目包括新的控制系統架構、生物反饋系統和網絡控制系統。除本書外，還與人合著了《機器人控制的數學入門》一書。
譯者簡介：
尹華杰，華中科技大學電氣工程系博士（1994年），美國伊利諾伊大學（UIUC）電磁計算中心訪問學者（1999年至2000年），華南理工大學電氣工程系教授。主要從事電氣傳動控制、電力電子及工程電磁場數值計算等方向的科研與教學工作。曾主持完成國家自然科學基金一項、廣東省自然科學基金一項，目前正主持“基於等效超級電容觀念的能量回饋型動態負荷群的性能分析與協調控制”的國家自然科學基金項目。

第1章 引論
1.1 什麼是反饋
1.2 什麼是控制
1.3 反饋實例
1.3.1 早期技術實例
1.3.2 發電與輸電
1.3.3 航空與運輸
1.3.4 材料及其處理
1.3.5 儀器
1.3.6 機器人學與智能機器
1.3.7 網絡與計算系統
1.3.8 經濟學
1.3.9 自然中的反饋
1.4 反饋特性
1.4.1 魯棒性與不確定性
1.4.2 動態特性的設計
1.4.3 高級自動控制
1.4.4 反饋的缺點
1.4.5 前饋
1.4.6 反饋
1.5 簡單形式的反饋
1.5.1 通斷控制
1.5.2 PID控制
1.6 進階閱讀
習題

第2章 系統建模
2.1 建模的概念
2.1.1 力學中的闡釋
2.1.2 電氣工程的闡釋
2.1.3 控制的觀點
2.1.4 多學科建模
2.2 狀態空間模型
2.2.1 常微分方程組
2.2.2 差分方程
2.2.3 仿真與分析
2.3 建模方法
2.3.1 方框圖
2.3.2 實驗建模
2.3.3 歸一化與定標
2.3.4 模型的不確定性
2.4 建模實例
2.4.1 運動控制系統
2.4.2 信息系統
2.4.3 生物系統
2.5 進階閱讀
習題

第3章 實例
3.1 定速巡航控制
3.2 自行車動態特性模型
3.3 運算放大器電路
3.4 計算系統與網絡
3.4.1 Web服務器控制
3.4.2 擁塞控制
3.5 原子力顯微鏡
3.6 藥物管理
3.6.1 房室模型
3.6.2 胰島素-葡萄糖動態平衡
3.7 種群動態特性
3.7.1 后勤增長模型
3.7.2 捕食者一獵物模型
習題

第4章 動態行為
4.1 求解微分方程
4.2 定性分析
4.2.1 相圖
4.2.2 平衡點和極限環
4.3 穩定性
4.3.1 定義
4.3.2 線性系統的穩定性
4.3.3 基於線性近似的穩定性分析
4.4 李雅普諾夫穩定性分析
4.4.1 李雅普諾夫函數
4.4.2 Krasovski-Lasalle不變性原理
4.5 參數化行為與非局部行為
4.5.1 吸引域
4.5.2 分岔
4.5.3 利用反饋進行非線性動態特性設計
4.6 進階閱讀
習題

第5章 線性系統
5.1 基本定義
5.1.1 線性特性
5.1.2 時不變性
5.2 矩陣指數
5.2.1 初始條件響應
5.2.2 約當標準型
5.2.3 特徵值和模式
5.3 輸入／輸出響應
5.3.1 卷積方程
5.3.2 坐標不變性
5.3.3 穩態響應
5.3.4 采樣
5.4 線性化
5.4.1 平衡點處的雅可比線性化
5.4.2 反饋線性化
5.5 進階閱讀
習題

第6章 狀態反饋
6.1 可達性
6.1.1 可達性的定義
6.1.2 可達性的判定
6.1.3 可達標準型
6.2 基於狀態反饋的穩定化
6.2.1 狀態空間控制器的結構
6.2.2 可達標準型系統中的狀態反饋
6.2.3 特徵值配置
6.3 狀態反饋的設計
6.3.1 二階系統
6.3.2 高階系統
6.3.3 線性二次調節器
6.4 積分作用
6.5 進階閱讀
習題

第7章 輸出反饋
7.1 可測性
7.1.1 可測性的定義
7.1.2 可測性的檢驗
7.1.3 可測標準型
7.2 狀態估算
7.2.1 觀測器
7.2.2 觀測器增益的計算
7.3 基於狀態估計的控制
7.4 卡爾曼濾波器
7.5 一種通用控制器結構
7.5.1 前饋
7.5.2 線性系統的卡爾曼解構
7.5.3 計算機實現
7.6 進階閱讀
習題

第8章 傳遞函數
8.1 頻域建模
8.2 傳遞函數的推導
8.2.1 指數信號的傳輸
8.2.2 坐標的改變
8.2.3 線性系統的傳遞函數
8.2.4 增益、極點和零點
8.3 方框圖和傳遞函數
8.3.1 控制系統的傳遞函數
8.3.2 極點／零點抵消
8.3.3 代數環
8.4 伯德圖
8.4.1 伯德圖的繪制及解釋
8.4.2 由實驗獲得傳遞函數
8.5 拉普拉斯變換
8.6 進階閱讀
習題

第9章 頻域分析法
9.1 環路傳遞函數
9.2 奈奎斯特判據
9.2.1 奈奎斯特圖
9.2.2 條件穩定性
9.2.3 通用奈奎斯特判據
9.2.4 奈奎斯特穩定定理的推導
9.3 穩定裕度
9.4 伯德圖關係和最小相位系統
9.5 增益和相位的廣義概念
9.5.1 系統增益
9.5.2 小增益和無源性
9.5.3 描述函數
9.6 進階閱讀
習題

第10章 PID控制
10.1 基本控制功能
10.2 用于復雜系統的簡化控制器
10.3 PID整定
10.3.1 Ziegler-Nichols整定
10.3.2 延遲反饋
10.4 積分器飽和
10.5 實現
10.5.1 濾波微分
10.5.2 給定加權
10.5.3 基於運算放大器的實現
10.5.4 計算機實現
10.6 進階閱讀
習題

第11章 頻域設計
11.1 靈敏度函數
11.2 前饋設計
11.3 性能指標
11.3.1 對參考信號的響應
11.3.2 對負載干擾及測量噪聲的響應
11.4 基於環路整形的反饋設計
11.4.1 設計考慮因素
11..4.2 超前和滯后補償
11.5 基本限制因素
11.5.1 右半平面極點、零點以及時間延遲
11.5.2 波特積分公式
11.5.3 波特公式的推導
11.6 設計實例
11.7 進階閱讀
習題

第12章 魯棒性能
12.1 建模的不確定性
12.1.1 未被建模的動態特性
12.1.2 兩個系統的相似——維尼科姆度量
12.2 存在不確定性時的穩定性
12.2.1 應用奈奎斯特判據判斷魯棒穩定性
12.2.2 Youla參數化
12.3 存在不確定性時的性能
12.3.1 干擾衰減
12.3.2 參考信號的跟蹤
12.4 魯棒性極點配置
12.4.1 慢穩過程零點
12.4.2 快穩過程極點
12.4.3 極點配置的設計準則
12.5 魯棒性能設計
12.5.1 定量反饋理論
12.5.2 線性二階控制
12.5.3 Hoo控制
12.5.4 干擾加權
12.5.5 魯棒設計的局限
12.6 進階閱讀
習題
參考文獻