《物联网控制基础》将理论知识讲解与工业应用分析相结合，让学生掌握经典控制理论的时域、频域分析法；了解线性系统的状态空间表达，Lyapunov稳定性分析方法；掌握计算机控制系统中的常规及复杂控制技术；在了解物联网关键技术的基础上，学习控制技术在物联网中的应用。通过本书的学习，学生获得自动控制的基本原理、基本知识和基本分析方法，正确理解和运用自动控制的相关理论，掌握一套比较完整的系统分析、设计和计算方法，并具备一定的实验技能，不仅为后续课程的学习奠定基础，而且直接为解决实际控制问题提供理论和方法。
前言
绪论1
第1部分经典控制理论
第1章自动控制系统的基本概念13
1.1引言13
1.2开环控制系统与闭环控制系统14
1.2.1基本概念14
1.2.2自动控制系统结构框图15
1.2.3开环控制系统与闭环控制
系统17
1.3对闭环控制系统的基本要求19
1.3.1基本概念19
1.3.2对控制系统的基本要求19
1.3.3自动控制系统的类型21
习题23
第2章自动控制系统的数学模型24
2.1数学模型及建模的基本概念24
2.1.1动态微分方程的编写25
2.1.2非线性系统(数模)的线
性化27
2.1.3运动方程无量纲化27
2.1.4典型系统微分方程的列写28
2.2传递函数29
2.3典型环节传递函数分析31
2.3.1比例环节(放大环节)32
2.3.2惯性环节32
2.3.3积分环节33
2.3.4微分环节34
2.3.5振荡环节35
2.3.6延迟环节36
2.4环节的连接方式36
2.4.1串联36
2.4.2并联37
2.4.3反馈37
习题39
第3章控制系统的时域分析40
3.1时域分析法介绍40
3.2时域性能指标40
3.2.1系统的动态和稳态性能指标41
3.2.2典型输入信号41
3.2.3脉冲响应函数42
3.3一阶系统的动态响应42
3.3.1单位阶跃响应43
3.3.2单位斜坡响应43
3.3.3单位脉冲响应43
3.3.4单位阶跃、单位斜坡、单位
脉冲响应的关系43
3.4二阶系统的动态响应44
3.4.1二阶系统的数学模型44
3.4.2欠阻尼情况下二阶系统的动
态性能指标的计算47
3.4.3改善二阶系统性能的措施49
3.5高阶系统的动态响应和简化分析49
3.6自动控制系统的稳定性分析及代数
判据50
3.6.1稳定性的基本概念50
3.6.2控制系统稳定的充分必要条件50
3.6.3系统稳定性代数判据51
3.7控制系统的稳态误差分析56
3.7.1系统稳态误差的概念56
3.7.2控制系统按开环结构中积分
环节数分类59
3.7.3给定值输入下的稳态误差
计算59
3.7.4扰动输入下稳态误差的计算63
习题64
第4章控制系统的频域分析66
4.1频率特性的基本概念66
4.1.1频域分析法的基本思想66
4.1.2频域分析法的特点66
4.1.3频率特性的定义67
4.2频率特性的表示方法68
4.2.1频率特性的解析式方法68
4.2.2频率特性的图示方法69
4.3典型环节的频率特性70
4.3.1比例环节70
4.3.2积分环节71
4.3.3微分环节72
4.3.4惯性环节73
4.3.5振荡环节74
4.3.6延时环节76
4.4控制系统的开环频率特性77
4.4.1开环频率特性的极坐标图77
4.4.2开环频率特性的对数频率特
性图78
4.5控制系统的稳定性分析79
4.5.1奈奎斯特判据的优点79
4.5.2奈奎斯特判据的理论依据79
4.5.3奈奎斯特判据80
4.5.4相对稳定性81
4.6频域分析法中的系统性能指标83
4.6.1静态性能指标在奈奎斯特曲线
或伯德曲线上的呈现形式83
4.6.2控制系统的动态频域指标83
4.6.3频域指标的计算83
习题87
第5章控制系统的校正方法88
5.1校正的基本概念88
5.1.1控制系统的校正及其思路88
5.1.2设计指标89
5.1.3控制系统设计的结构及特点89
5.1.4系统校正的方法90
5.2串联校正典型环节特性91
5.2.1超前校正环节特性91
5.2.2滞后校正环节特性91
5.2.3滞后超前校正环节特性92
5.3用频域法设计串联校正环节92
5.3.1希望的开环频率特性92
5.3.2串联超前校正的一般步骤92
习题94
第2部分现代控制理论
第6章系统描述95
6.1状态空间表达式95
6.1.1能控标准形96
6.1.2能观测标准形97
6.1.3对角线标准形98
6.1.4Jordan标准形98
6.2线性时不变系统的特征结构99
6.2.1系统矩阵A的特征值99
6.2.2n维系统矩阵的对角线化100
6.2.3特征值的不变性102
6.2.4状态变量组的非唯一性102
6.3系统模型之间的相互变换103
6.3.1传递函数系统的状态空间表
达式103
6.3.2由状态空间表达式到传递函
数的变换104
习题106
第7章线性多变量系统的运动
分析108
7.1线性系统状态方程的解108
7.2状态转移矩阵的性质109
7.3向量矩阵分析中的若干结果110
7.3.1凯莱哈密尔顿定理110
7.3.2最小多项式111
7.4矩阵指数函数eAt的计算111
7.4.1方法一：直接计算法(矩阵
指数函数)112
7.4.2方法二：对角线标准形与
Jordan标准形法112
7.4.3方法三：拉氏变换法113
7.4.4方法四：化eAt为A的有限
项法114
习题116
第8章Lyapunov稳定性分析117
8.1引言117
8.2Lyapunov意义下的稳定性问题117
8.2.1平衡状态、给定运动与扰动
方程的原点118
8.2.2Lyapunov意义下的稳定性
定义118
8.2.3预备知识120
8.3Lyapunov稳定性理论122
8.3.1Lyapunov第一法122
8.3.2Lyapunov第二法123
8.3.3线性系统的稳定性与非线性
系统的稳定性比较126
8.4线性定常系统的Lyapunov稳定性
分析126
习题130
第9章线性多变量系统的综合
与设计132
9.1引言132
9.1.1问题的提法132
9.1.2性能指标的类型133
9.1.3研究综合问题的主要内容133
9.1.4工程实现中的一些理论问题134
9.2极点配置问题134
9.2.1问题的提法134
9.2.2可配置条件135
9.2.3极点配置的算法138
9.2.4低阶系统的极点配置问题139
习题139
第3部分计算机控制系统
第10章计算机控制系统概述140
10.1计算机控制系统的组成140
10.2计算机控制系统的特点141
10.3计算机控制系统的典型形式142
10.4计算机控制系统的发展方式144
习题144
第11章常规及复杂控制技术145
11.1数字控制器的连续化设计技术145
11.2PID控制148
11.2.1PID控制算法148
11.2.2数字PID控制算法的改进150
11.2.3数字PID控制参数整定153
11.3纯滞后系统控制155
11.3.1大林算法156
11.3.2史密斯预估算法158
11.4最少拍控制16011.4.1史密斯预估算法160
11.4.2最少拍控制器设计161
11.4.3最少拍无纹波控制163
习题163
第12章分散性测控网络技术165
12.1分散控制系统165
12.2现场总线控制系统167
12.3计算机集成制造系统167
习题170
第13章计算机控制系统的设计
与实施171
13.1计算机控制系统的设计
原则171
13.2计算机控制系统的设计
步骤173
习题175
第4部分无线传感器网络中的控制技术
第14章无线传感器网络中的
控制技术176
14.1无线传感器网络概述176
14.1.1无线传感器网络体系结构176
14.1.2无线传感器网络的特征177
14.2无线传感器网络中的路由控制
技术178
14.2.1路由协议的分类179
14.2.2能量感知路由协议180
14.2.3基于查询的路由协议181
14.2.4地理位置路由184
14.2.5基于服务质量的路由协议186
14.3无线传感器网络的链路层技术188
14.3.1无线传感器网络MAC协议188
14.3.2基于时分复用的MAC协议193
14.4定位跟踪控制技术195
14.4.1定位技术概述195
14.4.2节点位置计算的常见方法195
14.4.3定位算法分类197
14.5目标跟踪控制208
14.6覆盖控制212
14.6.1虚拟势场力方法213
14.6.2粒子群方法214
14.7移动传感网动态建模和控制
技术218
习题221
第5部分网络控制系统
第15章网络控制系统222
15.1网络控制系统概述222
15.2网络控制系统概念和结构223
15.3网络控制系统的时序226
15.3.1采样速率分析226
15.3.2延迟与抖动分析226
15.3.3NCSs的节点驱动方式226
15.4网络控制系统模型227
15.4.1NCSs中的基本假设227
15.4.2连续系统模型227
15.4.3离散系统模型228
15.4.4混合系统模型231
15.4.5有数据包丢失时NCSs的
模型231
15.4.6时滞系统模型232
15.4.7其他模型232
15.5通信约束下的网络控制系统稳
定性分析233
15.5.1网络控制系统稳定的通信
约束233
15.5.2量化反馈系统的稳定性分析233
15.5.3基于状态观测的量化反馈稳
定性分析236
15.6网络控制系统控制器设计238
15.6.1控制器设计方法238
15.6.2随机最优控制技术238
15.6.3增广确定控制技术239
15.6.4基于QoS的控制方法240
15.6.5鲁棒控制方法240
15.6.6其他控制方法241
习题241
参考文献242
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