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第1章 绪论1

1.1反馈2

1.2框图、系统、输入、输出3

1.3关于框图的更多介绍6

1.3.1录音6

1.3.2串级水箱7

1.3.3框图总结8

1.4反馈和动力学10

1.4.1淋浴中的反馈10

1.4.2回声10

1.4.3锅炉水位控制10

1.4.4出生与死亡的过程11

1.4.5制造业和机器人12

1.4.6反馈设计与综合12

1.5系统、因果关系、平稳性和线性13

1.6模型15

1.6.1建模16

1.6.2系统连接17

1.7基本的控制回路18

1.8控制设计19

1.9结束语20

1.10注释与拓展阅读21

第2章 类比方法23

2.1方法介绍和研究意义23

2.2信号及其图形表示24

2.3信号与模拟信号28

2.4系统举例30

2.4.1加热烤箱30

2.4.2向厨房水池中注水31

2.4.3对电容器充电32

2.4.4计算机算法32

2.5这些系统的例子具有怎样的相似性？34

2.6离散时间还是连续时间？34

2.7类比系统35

2.8综合式系统和分布式系统37

2.9振幅38

2.9.1能量交换38

2.9.2系统观点39

2.10注释与拓展阅读40

第3章 反馈与控制42

3.1引言和研究目的42

3.2制造瓷砖43

3.3重力给料的灌溉系统47

3.4射电天文学天线的伺服设计53

3.5简单自动控制58

3.6体内平衡59

3.7社会系统64

3.7.1简单的控制结构66

3.7.2其他控制方法69

3.8注释与拓展阅读70

第4章 信号分析72

4.1引言和研究目的72

4.2信号与信号分类73

4.2.1数学算法定义的信号74

4.2.2周期信号79

4.2.3随机信号81

4.2.4无序信号82

4.3信号变换83

4.4信号测量85

4.4.1信号大小85

4.4.2信号采样86

4.4.3周期信号采样：混淆问题87

4.5信号处理89

4.6记录和重放90

4.6.1语音记录及重现92

4.7注释与拓展阅读94

第5章 系统和模型96

5.1引言与目的96

5.2系统和模型97

5.2.1通过信号获取模型97

5.2.2从系统到模型99

5.2.3模型的分类100

5.3连接系统101

5.4简化假设103

5.5一些基本的系统105

5.5.1线性增益105

5.5.2传输延时107

5.5.3积分器108

5.5.4反馈环的积分器110

5.6线性系统110

5.6.1线性模型111

5.6.2线性系统的框图联结112

5.7系统分析115

5.7.1时间响应115

5.7.2频域116

5.7.3串联系统118

5.7.4积分器串联且加反馈119

5.8线性系统的合成120

5.9线性系统的状态空间描述122

5.10谈谈有关离散时间系统的事124

5.11非线性模型125

5.12注释与拓展阅读126

第6章 稳定性、敏感性和鲁棒性127

6.1引言与目的127

6.2举例128

6.3自治系统的稳定性130

6.4线性自治系统132

6.4.1一般的时间离散自治线性系统133

6.4.2时间连续线性系统134

6.4.3稳定性的探索135

6.5非线性系统：李雅普诺夫稳定性138

6.5.1李雅普诺夫第一方法139

6.5.2能量与稳定性：李雅普诺夫第二方法139

6.6非自治系统141

6.6.1线性系统141

6.6.2非线性系统142

6.6.3输入到状态稳定和串级144

6.7平衡之外的知识145

6.7.1限制圆和混沌145

6.8敏感性147

6.8.1鲁棒性148

6.8.2敏感度的计算149

6.8.3一般的方法149

6.8.4相对于系统动态变化的灵敏度150

6.8.5灵敏度测量151

6.9注释与拓展阅读151

第7章 反馈153

7.1引言153

7.2内部反馈154

7.3反馈与模型的不确定性156

7.4系统稳定性与调节158

7.4.1输入-状态稳定性和反馈系统159

7.4.2线性反馈系统161

7.4.3奈奎斯特稳定性判据162

7.4.4带有延时的积分器和负反馈163

7.5抗干扰164

7.5.1噪声反馈165

7.6两自由度控制167

7.7反馈设计167

7.8讨论169

7.9评论与深度阅读169

第8章 控制子系统171

8.1引言171

8.2信息流174

8.3控制目标175

8.4开环178

8.5闭环181

8.6其他控制结构183

8.6.1两自由度控制183

8.6.2串级控制183

8.6.3选择控制184

8.6.4逆响应系统185

8.7分布式和分级控制186

8.8过程与控制协同设计188

8.8.1过程尺度标定及其控制188

8.8.2过程再设计189

8.9简评与扩展阅读190

第9章 控制子系统的组成192

9.1引言192

9.2传感器和数据采集系统195

9.2.1变换器197

9.2.2软测量198

9.2.3通信和联网199

9.2.4传感器和执行器网络200

9.3控制器201

9.3.1自动机和PLC201

9.3.2开关控制202

9.3.3连续控制：PID203

9.4计算机控制器204

9.5执行器206

9.5.1智能执行器208

9.5.2双重执行器208

9.6结论和扩展阅读209

第10章 控制设计211

10.1引言211

10.2控制设计214

10.3局部控制217

10.3.1逻辑控制与基于事件的控制217

10.3.2跟踪和调节219

10.3.3交互作用223

10.4自适应与学习225

10.4.1模型参考自适应系统：MIT准则225

10.4.2自校正控制226

10.4.3增益调度227

10.4.4学习系统229

10.5监督控制230

10.6优化控制232

10.6.1控制硬盘驱动器的读写磁头232

10.6.2模型预测控制233

10.7总结235

10.8结论和扩展阅读235

第11章 控制的益处237

11.1引言237

11.2医学应用238

11.3工业应用240

11.3.1安全和可靠性241

11.3.2能量、原料或是经济效益241

11.3.3可持续性242

11.3.4更好地利用基础设施242

11.3.5使能作用243

11.3.6其他应用领域244

11.4社会风险245

11.5注解和延伸阅读245

第12章 展望247

12.1引言247

12.2从模拟控制器到分布式网络控制247

12.2.1嵌入式控制系统248

12.2.2网络化控制系统250

12.2.3信息物理系统251

12.3从自动操作者到类人机器人252

12.3.1类人挑战253

12.3.2主从系统253

12.4控制中的人工智能254

12.4.1环境智能256

12.4.2智能体256

12.5系统和生物学257

12.5.1生物系统建模258

12.5.2生体模仿学258

12.5.3仿生学259

12.5.4生物组件系统259

12.5.5蛋白质和纳米尺度的生化工程260

12.6结论和扩展阅读260