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人工智能

现代控制系统(第10版)

作者：毕沙普

出版社：清华大学出版社出版时间：2008-06-01

开本： 28 页数： 763

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版权信息
节选

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现代控制系统(第10版) 版权信息

ISBN：9787302162070
条形码：9787302162070 ; 978-7-302-16207-0
装帧：暂无
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
计算机/网络
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人工智能

现代控制系统(第10版) 节选

nbsp; 者序
    反馈机制普遍存在于自然和人类社会当中．
    反馈控制已成为进行复杂工程系统设计中常用的一条基本原理．
    基于反馈原理设计出的现代控制系统在应用上涉及航空航天、通信、电
力、机械、化工等几乎所有工程领域．    ’
    本书是Richard C．Doff和Robert H．Bishop所著Modern Control Systems的
第10版的中译本．原著是现代控制系统方面的一部优秀教材，在国内外许多
大学被广泛采用．在清华大学郑大钟教授的建议和热情鼓励下，在清华大学出
版社王一玲同志提供原著的帮助下，我们决定翻译此书，为我国的控制工程
教育做出一份贡献．
    该书定位于自动化、航空航天、电力、机械、化工等相关专业的本科高
，年级和研究生教材，系统介绍基于数学模型的控制系统分析和基于反馈原理
的控制系统设计．
    主要内容包括：控制系统引论，系统的数学模型，状态变量模型，反馈
控制系统的特性，反馈控制系统的性能，线性反馈系统的稳定性，根轨迹方
法，频率响应法，频域稳定性，反馈控制系统的设计，状态变量反馈系统的
设计，鲁棒控制系统和数学控制系统．
    与控制系统方面的国内外许多其他优秀教材相比，本书的一个突出特色
是，在不牺牲原理和方法的正确性前提下，强调训练学生面向工程应用的实
际需求进行控制系统设计的能力．这非常符合我国进行的实践教学改革的
精神．
    书中对理论和方法的叙述，结合了大量取材于不同行业的具体工程问题
案例，为学生展示了理论和方法的应用．贯穿全书的系列化设计实例，很好地
体现了循序渐进地解决问题的步骤和过程．这方面的特色，是本书赢得许多师
生广泛认同的一个重要原因．
    对自动化专业的学生，面对选自各个不同行业背景的应用案例，开阔了
眼界：对航空航天、电力、机械、化工等相关专业的学生，教材正文和习题
中出现的本行业中的具体控制对象，为他们将理论与实践结合起来提供了很
有帮助的示例．
赵千川冯梅
2007年10月于清华大学
前言
    火星探测器(MER—A)，也叫勇气号，于2003年6月由DeltaⅡ型火箭
发射，前往火星这个红色星球．勇气号在7个月以后的2004年1月进入火星
大气层．当这个飞船进入火星大气时，它的飞行速度是每小时19 300公里．在
火星上层大气层中的大约4分钟里，飞船的减速伞将其速度降低到每小时
1600公里．随后部署的降落伞把飞船的速度降低到每小时300公里．在大约
100米的高度，反j中火箭使下降减缓而气囊充气以吸收着陆时的冲击．勇气号
以每小时50公里的速度撞击火星表面并且反弹和滚动直到在古瑟夫环形山
(Gusev Crater)中的目标点附近停下．选择目标着陆点的原因是它看起来像
是一个环形山湖床，而且如果它真的是环形山湖床，那么就可能曾经被水填
满，而在土壤的沉积物中现在就有可能有水的痕迹．勇气号的移动探测车将可
以达到古瑟夫环形山中有价值的地区以执行现场测试，从而帮助科学家回答
很多关于我们这颗相邻行星悬而未决的问题．勇气号的成功进入、下降和着陆
是控制系统强大作用的充分展示．在距火星十分遥远的条件下，对飞船而言不
可能仍在地面控制下进入大气层．从进入、下降到着陆都必须由飞船搭载的装
置进行自主控制．设计能够到达行星表面的系统是控制工程师面临的重大挑
战之一．
    美国航空暨太空总署火星探险任务的先驱者，称作火星探路者号．它于
1997年7月4日登陆到红色星球．作为承担美国航空暨太空总署**批太空
探索使命的火星探路者号，是继20世纪70年代海盗号飞船成功之后首次执
行任务．探路者号部署了被称为“旅居者”的有史以来首个自主探测车来勘测
火星登陆区域．这个可移动的“旅居者”重10．5公斤，在执行任务的30天中，
共行走了100米(离飞船不超过12米的范围内活动)．相比之下，后来的“勇
气号”探测器，重180公斤，在大约90天中平均每天行走40米．很明显地，行
星探测器的开发速度是飞快的．火星科学实验室计划下一代探测器(计划
2009年发射)将是1000公斤重，能够在500天内完成行走30公里．
    控制工程师在行星探测程序中起关键作用．随着飞行计算机硬件和操作
系统的改进，自主的太空飞船控制系统的作用会跟着增加．火星探路者号用的
是商用的、多任务的计算机操作系统，里面有一个32位抗辐射芯片、1GB存
储器和可编程C语言的工作站．这已经比阿波罗计算机的性能高出很多，阿
波罗计算机只有一个容纳36 864字的只读内存(一个字占16位)，还有一个2048字
的可擦除内存．阿波罗的编程语言是一种伪代码符号，保存为一张数据表，被解释和
翻译成一系列的子程序链接．而在“勇气号”和“机遇号”探测器中的MER计算机使用了
32位的Rad 6000微处理器，操作速度在每秒20兆条指令．这种抗辐射版本的Power
PC芯片被广泛使用在苹果机中．机上内存包括128MB随机访问内存，256MB闪存和
小量的永久性内存，以保护数据在电源关掉时也不会随之消失．MER计算机的所有内
存和性能大约相当于一台功能很强的笔记本电脑．和所有执行空间任务的计算机一
样，“勇气号”上的计算机具有特殊的内存，以容忍来自太空中极强的放射线辐射．像
“勇气号”和“旅居号”这些可移动探测器，作为有趣的实际问题，以案例方式贯穿全书．
例如，在4．8节的设计举例中，就要讨论可移动探测器的设计问题．
    控制工程是一个令人兴奋和具有挑战性的领域．由于自身的特点，控制工程是一
个多学科交叉专业，它在工程课程中具有核心课的地位．因此可以使用不同的方法掌
握和运用控制工程．由于它具有很强的数学基础，我们可以从严格的理论观点处理，
强调其定理法则和证明过程．另一方面，因为*终的目标是在实际系统中实现控制
器，我们也可以采用就事论事的方法仅凭直观和直接的经验来设计反馈控制系统．我
们介绍控制工程方法论的方式是，在立足数学基础的同时，着重强调物理系统的建模
和根据真实的系统设计指标要求来设计实用的控制系统．
    我们相信，学习的*重要和*有效的方法是每个人都重新挖掘以前知道的答案和
方法．因此，理想的教学是给学生一系列问题，然后再给出过去几十年得出的一些答
案．传统的教学方式不是让学生面对问题，而是告诉学生解决方案，这样造成的后果
就是让学生失去兴趣，压制了他们创造的欲望，把人类的冒险精神淹没在成堆的定理
中．因而，问题在于，告诉学生一些我们不断碰到的尚未回答并且很重要的问题，这样
才能真正明确我们到底学到和懂得哪些东西．
    本书的目的是展现反馈控制理论的知识结构，然后通过描述和提问给出一系列令
人感兴趣的发现．如果这本书能够帮助学生学到反馈控制系统的理论和应用，这本书
就算成功了．
读者
    本书设计为本科工程专业学生的控制系统入门课程．因为对航天、化工、电机、工
业制造和机械工程专业，在控制系统应用上没有太多的区别，所以本书没有针对其中
任何一个学科而撰写．希望这本书能够均等地对所有的工程专业学生提供帮助，也许
有助于理解控制工程的应用．书中很多问题和范例几乎涉及所有学科领域，而且社会
学、生物学、生态学和经济学控制系统的范例是有意识地使读者理解控制理论在现实
生活中各个方面的普遍适用性．我们相信，给学生展示不同学科的范例和问题可以帮
助他们培养超越自己所学的领域的眼光．工程领域的许多学生*后是在自己专业以外
找到工作的．比如，许多电机和机械工程师会在航空工业界工作，并要和航空工程师
打交道．我们希望通过本书对控制工程的介绍，提供给学生对控制系统设计和分析更
宽广的理解．    。
    《现代控制系统》的前勺版被超过400所的高等院校的工程专业学生高年级课程
所采用，也被用到没有控制工程背景的工程方向的研究生课程中．