自動化專業(yè)英語

1、PART1 echnology3A： Electrical Networks3UNIT 25A：The Operational Amplifier5UNIT 35A：Logical Variables and Flip-flop5B：Binary Number System6PART 2 Control Theory10Unit 110A：The World of Control10B：The Transfer Function and the Laplace Transformation11Unit 212A：Stability and the Time Response12B：Steady

2、 State13UNIT 314A：The Root Locus14B：The Frequency Response Methods: Nyquist Diagrams15UNIT 415A：The Frequency Response Methods: Bode Plots15B: Nonlinear Control System17Unit 517A: Introduction to Modern Control Theory17B: State equations19Part 3 Computer Control Technology19Unit 119A: Fundamentals o

3、f Computer and Networks19Unit 220A: The Application of Computer20B: Multimedium Information Superhighway22Unit 322A: Intelligent Robots22B: Introduction to MATLAB24UNIT 424A：Computer Structure and Function24B： Interface to External Signals and Devices25UNIT 527A: Fundamentals of Single-Chip Microcom

4、puters27B: PLC28Part 4 Electric Drive29UNIT 129A: DC Machine29B: Induction (Asynchronous) Machine30PART 5 Process Control31UNIT 131A: A Process Control System31B: Fundamentals of Process Control32UNIT 233A: Sensors and Transmitters33UNIT 333A: P Controllers and PI Controllers33UNIT 434A: Indicating

5、Instruments34B: Control Panel34PART1 echnologyA： Electrical Networks背景知識：這是一篇介紹電路理論的文獻(xiàn)。電路可以分為有源電路和無源電路兩種。構(gòu)成電路的基本器件有：電壓源、電流源、電阻、電感和電容。對于電路理論，最基本的問題就是列寫和求解電路中各個變量（電壓和電流）的方程A： Electrical Networks Unit 1電路或者電網(wǎng)絡(luò)是由電阻、電感和電容等元件以某種方式連接而構(gòu)成。如果在網(wǎng)絡(luò)中沒有電源，例如電池或者發(fā)電機，則稱為無源電路。反之，如果網(wǎng)絡(luò)中有一個或者多個電源則稱為有源網(wǎng)絡(luò)。在研究網(wǎng)絡(luò)的行為時，我們所感興趣

6、的是電路中的電壓與電流。由于一個網(wǎng)絡(luò)是由各種無源的元件所構(gòu)成，我們必須先確定這些元件的電特性。將方程(1-1A-1), (1-1A-2) ,(1-1A-4) 總結(jié)如圖1-1A-1所示。請注意，由于采用了約定的電流方向，因此每個元件中的電流是沿著電壓下降的方向流動。0.分析電網(wǎng)絡(luò)的一個方法稱為網(wǎng)孔（或者回路）電流法。該方法所使用的一個基本定律是基爾霍夫第一定律，該定律表述為：沿著一個封閉回路的電壓代數(shù)和為0，或者：沿著一個封閉的回路，電壓降之和等于電壓升之和。在網(wǎng)孔分析法中，假設(shè)每個網(wǎng)孔有一個電流流過，稱為回路電流；然后將每個回路的電壓降進(jìn)行代數(shù)相加并令其為0。圖1-1A-3b為電阻、電感和電容

7、的串聯(lián)電路。按照上述的網(wǎng)孔分析法，電路的方程為：由于電流i=dq/dt ,將該變量代換可以消去方程中的積分項并得到一個二階微分方程：三相電機或者控制設(shè)備與同等容量的單相設(shè)備相比，體積小、重量輕且效率高。用三相傳輸法所消耗的銅只相當(dāng)于單相傳輸法所傳輸同等電量所用銅的四分之三。背景知識：這是一篇介紹三相電路的文獻(xiàn)。三相電路在強電的輸送和配電上普遍應(yīng)用。與單相電路相比較，三相電路具有輸送電效率高、功率平穩(wěn)等優(yōu)點。要掌握三相電路中各相電壓、電流之間的關(guān)系；三相電路的兩種基本接法：三角形和Y形接法以及相電流、相電壓、線電流、線電壓之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意的是，在圖1-1B-2中，每個向量都使用2個下標(biāo)。2個

8、字母表示2點之間存在的電壓，字母的順序則表示在正半周中電壓的極性。例如，表示A點和N點之間的電壓，當(dāng)正半周內(nèi)A點相對N點的電壓是正的。在向量圖表示中已經(jīng)假定發(fā)電機的端子在正半波內(nèi)相對中性點是正的。由于電壓每半周變化一次，只要三相的極性定義是一致的，每一相的極性就能確定。應(yīng)當(dāng)注意，如果將A點相對N 點的極性（）定為正半周，那么在用于同一向量圖中時就應(yīng)該畫得與相反，即相位相差180。y連接的發(fā)電機的兩線端之間的電壓就是這兩線端相對中性點的電勢的差。例如，線電壓等于A相對于中性點的電壓（）減去B相對于中性點的電壓（）。為了從中減去可以將反向，然后與相加。如圖1-1B-2c 所示，與長度相同，并有60

9、的角度差。可以通過幾何證明，等于1。73乘以 或的值。圖形結(jié)構(gòu)如向量圖所示。因此對于平衡的y連接電路：UNIT 2A：The Operational Amplifier背景知識：運算放大器是一種常用的電子器件。具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、放大倍數(shù)大、性能穩(wěn)定的特點。在利用運算放大器設(shè)計電路時，由于其放大倍數(shù)很大，電路的特性主要是由外部輸入輸出網(wǎng)絡(luò)的特性決定，與放大器本身的特性關(guān)系不大，因此可以方便地構(gòu)成各種電子線路。對于一般的放大器。一個問題是其增益AU 或者AI取決于兩端口系統(tǒng)的內(nèi)部特性。（分析書上的譯句）UNIT 2A：The Operational Amplifier對于一般的放大器。一

10、個問題是其增益AU 或者AI取決于兩端口系統(tǒng)的內(nèi)部特性。這就使得由于各個器件參數(shù)的差異以及溫度的變化，而造成設(shè)計的困難。運算放大器就設(shè)計成使電子器件的設(shè)計對上述依賴性最小且設(shè)計盡可能容易。運算放大器就是由許多電阻、晶體管組成的集成電路器件。我們不準(zhǔn)備講述其內(nèi)部工作原理。對運算放大器進(jìn)行詳盡地分析超出了本書的范圍。我們將詳細(xì)地學(xué)習(xí)一個例子，并給出運算放大器的兩個法則用以展示其是如何應(yīng)用于許多實際應(yīng)用的分析。這兩個法則使我們可以設(shè)計許多電路而無須深入了解運算放大器的內(nèi)部特性。因此，對于不同技術(shù)領(lǐng)域的研究人員，當(dāng)他們要構(gòu)造一些簡單的放大器但是又不愿意在晶體管級進(jìn)行設(shè)計時，運算放大器是很有用的。在電路

11、和電子技術(shù)的文獻(xiàn)中可以找到如何用運算放大器構(gòu)造簡單的濾波器。我們將對構(gòu)成運算放大器的基本部件：晶體管放大器進(jìn)行討論。以上表明，如果A非常大，則電路的增益與A無關(guān)且僅由R1 和 R2. 決定。這是運算放大器的一個非常關(guān)鍵的特性，在信號作用下，電路動作僅取決于很容易為設(shè)計者所改變的外部元件。注意到，如果A=100,000 而 (R1+R2)/R1=10，我們?yōu)橐陨虾锰幩冻龅拇鷥r就是用一個增益為100，000的器件得到一個增益為10的放大器。換句話說，通過使用運算放大器，我們是用“功率”換取“控制”。UNIT 3A：Logical Variables and Flip-flop背景知識：邏輯變量就

12、是取值為“真”和“假”或者“0”和“1”的變量。邏輯變量和邏輯運算（邏輯代數(shù)）在數(shù)字線路和計算機技術(shù)中使用得很多。常用的邏輯運算有：“與運算”、“或運算”和“非運算”。邏輯運算可以使用各類邏輯器件來實現(xiàn)。圖1-3A-1為一對交叉連接的或非門，稱為觸發(fā)器。它有一對輸入端，S和R，分別表示“置位”和“復(fù)位”。我們不僅使用S和R來表示端子，還用其來表示端子的邏輯電平。因此，S=1，表示端子S邏輯值為1的電平。同樣的，輸出端子和相應(yīng)的輸出邏輯電平為Q and 。通過這種表示方式，我們已經(jīng)明顯考慮這樣的事實：在通常的運算中，輸出的邏輯電平是互補的。對于與非門和或非門（與門和或門也一樣），當(dāng)我們使用時，可

13、以任意選擇一個輸入端子并將其作為使能-禁止輸入端。因此，考慮一個或門或者一個或非門，如果所選擇的輸入端為邏輯，則該門電路的輸出不再受其他輸入的影響。所選擇的輸入控制了門電路且該門電路相對其他輸入來說是禁止的。反之，如果所選的輸入為邏輯0，則其無控制作用，門電路對其他輸入來說是可用的。對于一個與非門或者一個與門，所選的輸入當(dāng)取值邏輯0時起控制作用。當(dāng)一個輸入端子為邏輯0時門電路的輸出對其他輸入無響應(yīng)。B：Binary Number System背景知識：二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制是計算機技術(shù)的基礎(chǔ)。一個數(shù)可以用多種代碼來表示；例如BCD碼、Gray碼等。為了減少代碼在傳輸、接受以及其他處理過程中出

14、現(xiàn)的錯誤，可以利用奇偶校驗法來檢查錯誤。基于使用正脈沖、負(fù)脈沖或者正脈沖、零或者零、負(fù)脈沖來表示1和0的基本思想，可以用這些脈沖來傳遞各種二進(jìn)制編碼。香農(nóng)在1938年意識到該代數(shù)的形式和電子開關(guān)（這一類開關(guān)具有通-斷兩種狀態(tài)）的功能的相似性。布爾代數(shù)所需的推理過程是通過開關(guān)來實現(xiàn)的，這些開關(guān)起著邏輯電路的作用。 十進(jìn)制系統(tǒng)的基數(shù)為10，且從小數(shù)點每左進(jìn)一位或者右退一位，其權(quán)增加或者減少10的冪次。二進(jìn)制系統(tǒng)的基數(shù)為2，且從小數(shù)點每左進(jìn)一位或者右退一位，其權(quán)增加或者減少2冪次。每個數(shù)可以用一串2電平的脈沖來記錄，這些電平往往用0或者1來表示，正如圖1-3B-1所示。BCD碼可以無須增加位數(shù)就將表

15、示范圍擴展到十進(jìn)制的15。因此可以變成十六-十進(jìn)制碼。通常使用英文字母a，b，f表示十進(jìn)制的10到5。用于計算機運算的另一種碼是8進(jìn)制碼。這種碼只使用符號0,1,2,7，且十進(jìn)制數(shù)24表示為8進(jìn)制的30(381+080)。8進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼只須BCD表中的最后3位，8進(jìn)制的30的二進(jìn)制編碼為011000。 因為十進(jìn)制數(shù)24的純二進(jìn)制形式為11000，而8進(jìn)制編碼形式為011 000，給了一種從二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為8進(jìn)制數(shù)的啟發(fā)。通過將二進(jìn)制數(shù)每三個一組分組，每一組都對應(yīng)一個等效的8進(jìn)制編碼。例如，十進(jìn)制數(shù)1206的二進(jìn)制數(shù)為，每三位一組則有：二進(jìn)制 010 010 110 110 8進(jìn)制 2 2

16、6 68進(jìn)制數(shù)為：2266。 然而正如可控硅數(shù)據(jù)資料所指明的，其電流在完全等于零之前，會有一小段翻轉(zhuǎn)為負(fù)值的時間。因此重要的參數(shù)不是其從負(fù)值到零的時間，而是關(guān)斷時間tq，這是指從電流的過零點到可控硅兩端的電壓過零點的時間。圖1-4A-1為二極管的線路符號。二極管正向偏置時導(dǎo)通，并有1伏左右的正向壓降。當(dāng)二極管反向偏置時，僅有很小的、可忽略的漏電流流過，除非是達(dá)到反向擊穿電壓。在正常工作時，反向偏置電壓不應(yīng)高于擊穿電壓。與二極管的工作電流和電壓相比，在阻斷（截止）狀態(tài)下漏電流很小，在導(dǎo)通狀態(tài)下電壓比較小，因此二極管的電流-電壓（伏安）特性可以理想化。這個理想化的特性可以用來分析換流器的拓?fù)湫再|(zhì)但

17、是不能應(yīng)用于實際設(shè)計，例如估計設(shè)備所需的散熱器。在導(dǎo)通時，與功率電流的瞬態(tài)特性相比二極管可以視為理想開關(guān)。然而在關(guān)斷時，二極管的電流在降至零之前有一個反向恢復(fù)時間。這可能會在電感電路中導(dǎo)致過電壓。在許多的電路中，二極管反向電流不會影響換流器特性，因此在關(guān)斷過程中仍然可以視為理想的。如果是處于正向阻斷狀態(tài)，只要在門極提供一個短暫的正脈沖，晶閘管就會導(dǎo)通。在導(dǎo)通狀態(tài)的正向壓降很?。ㄈQ于阻斷電壓的值，一般為13伏）。一旦器件（晶閘管）導(dǎo)通，門極電流即可去掉。此時晶閘管就象二極管一樣導(dǎo)通，不能通過門極關(guān)斷。只有當(dāng)陽極電流在與晶閘管連接的電路的作用下開始變負(fù)時，晶閘管才會關(guān)斷且流過其的電流為零。這樣，

18、當(dāng)晶閘管重新處于正向阻斷狀態(tài)（器件處于可控時間），使得門極變得可控。我們假設(shè)換流器的直流輸入電源的內(nèi)阻為零。 該直流電壓源可能是一個電池，然而在大多數(shù)的情形是一個經(jīng)二極管整流的交流電壓再加上一個大的濾波電容，用以提供一個低內(nèi)阻、低脈動的直流電壓。在變流器的輸出級，一個小的濾波器作為直流-直流變流器整體的一部分。輸出通常假定供給一個負(fù)載，這負(fù)載在大多數(shù)的開關(guān)型直流電源的情形可視為一個等效電阻。直流電動機負(fù)載則可以表示為一個直流電壓與一個電感和電阻串聯(lián)。對于直流-直流變流器，雖然輸入電壓和輸出負(fù)載會波動，直流輸出電壓必須控制在一個希望的水平。開關(guān)型的直流-直流變流器利用一個或者多個開關(guān)將直流電壓從

19、一個等級轉(zhuǎn)換為另一個等級。在一個給定了輸入電壓的直流-直流變流器中，輸出的平均電壓是通過控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間來控制的。為了解釋開關(guān)型變流器的概念，考慮圖1-5A-1.所示的基本直流-直流變流器。輸出的平均電壓取決于ton 和 toff. ，一種控制方法是固定開關(guān)頻率（因此固定開關(guān)時間Ts=ton+toff），同時調(diào)節(jié)開通持續(xù)時間以控制平均輸出電壓。這種方法稱之為脈沖寬度調(diào)制（PWM），其導(dǎo)通比D（占空比）定義為開通時間與開關(guān)時間之比。D是可變化的。U0 可以通過改變開關(guān)的占空比ton/Ts 來控制。重要的一點是平均輸出電壓當(dāng)放大器為線性時，U0與控制電壓的關(guān)系是線性的。在實際應(yīng)用時，前面的

20、電路有2個缺陷：（1）實際負(fù)載都是感性的，即使是電阻負(fù)載也會有一定量的雜散電感。這就意味著，開關(guān)必須吸收（消耗）電感能量，因此有可能會被損壞。（2）輸出電壓在0和之間波動Ud，在許多實際應(yīng)用中是不可接受的。電感存儲能量問題可以通過加二極管（如圖1-5A-2中所示）。輸出電壓的波動可以通過使用包含電感和電容的低通濾波器來大大地降低。開關(guān)型直流-交流逆變器通常用于交流電動機拖動和不停電交流電源，這些裝置的輸出幅值和頻率都要求是可控的。作為一個例子，考慮如圖1-5B-1方框圖所示的交流電動機拖動。直流電壓通過對工頻電壓整流和濾波得到。通常是使用二極管整流電路。對于一個交流電動機負(fù)載（將在其他章節(jié)討論

21、），其端電壓要求是正弦的，其幅值和頻率要求是可調(diào)的。這些都是通過如圖1-5B-1所示的開關(guān)型直流-交流逆變器來實現(xiàn)的，這些逆變器的輸入是直流電壓，輸出是所要求的交流電壓。為了使圖. 1-5B-1中的交流電動機速度慢下來，將電動機以及其負(fù)載中慣性的動能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此時交流電動機相當(dāng)一個發(fā)電機。在所謂制動階段，功率從開關(guān)型變流器的交流側(cè)流向直流側(cè)；此時變流器相當(dāng)于一個整流器。交流電動機所轉(zhuǎn)換的能量可以通過在與直流母線電容并聯(lián)一個電阻來消耗。然而，在應(yīng)用中，制動是經(jīng)常發(fā)生的，一個更好的方法是采用再生制動，也就是將電動機負(fù)載慣性轉(zhuǎn)換來的能量送回公用電網(wǎng)，見圖1-5B-2。這就要求連接電動機和公用電網(wǎng)的變

22、流器是電流可逆的且可工作在兩象限，其在直流電動機運行時以整流器方式工作，電動機制動時工作在逆變器方式。這種電流可逆的兩象限變流器可以用兩個背靠背的工頻晶閘管變流器或者如圖1-5B-2所示的開關(guān)型變流器來實現(xiàn)。使用這種開關(guān)型的整流器作為公用電網(wǎng)和驅(qū)動器的接口更為合適；之所以稱為整流器，是因為在大多數(shù)的時間內(nèi)，功率是從交流側(cè)流向直流側(cè)。開關(guān)型整流器的詳細(xì)討論參見其他關(guān)于電力電子設(shè)備與公用電網(wǎng)接口的文獻(xiàn)。在這一節(jié)，我們將考慮對開關(guān)型逆變器的要求。為了簡單起見，考慮一個單相的逆變器，如圖1-5B-3所示，該逆變器的輸出電壓已經(jīng)濾波，因此u0可以假設(shè)是正弦的。由于逆變器作為一個感性負(fù)載的電源，例如一個交

23、流電動機， 因此i0 滯后于u0。從輸出波形可以看出，在區(qū)間1，i0 和 u0都是正的，在區(qū)間3，i0 和 u0都是負(fù)的。因此，在區(qū)間1和3， 瞬時功率P0 =i0 u0 i從直流端流向交流端，這對應(yīng)于逆變模式。相反地，在區(qū)間2和4，u0 和i0 的符號相反，因此功率P0 從交流端流向直流端，這對應(yīng)于整流模式。因此，圖1-5B-3所示的開關(guān)型逆變器必須在交流輸出的每一個周期內(nèi)在u0 -i0 平面的四個象限都能夠工作。這樣一個四象限的逆變器最早是在其他的章節(jié)中介紹的，為一個全橋變流器，在那里i0 可以反向，且u0 的極性與i0 的方向獨立。 因此，全橋變流器能夠滿足開關(guān)型逆變器的要求。然而， 所

24、有的電力電子變換裝置（包括那些保護(hù)關(guān)鍵負(fù)載的）都會由于諧波電流注入公共電網(wǎng)而產(chǎn)生波形畸變或者電磁干擾而產(chǎn)生對電力線的干擾。居民和辦公設(shè)備制造商都已經(jīng)認(rèn)識到提高功率因數(shù)的重要性。他們都可以通過提高功率因數(shù)而獲得最大的電能并從中獲益。前面的討論表明，電力電子系統(tǒng)和負(fù)載使用量的增大對公用電網(wǎng)及其用戶都有顯著的潛在負(fù)面影響。減小這種影響的一個辦法是，將由電力電子負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流或者電磁干擾濾除。另一個更好的辦法是在設(shè)計電力電子裝置時就設(shè)法避免或減小這些諧波電流和電磁干擾的產(chǎn)生，盡管這種辦法要略微增加初始成本。電力電子裝置對電網(wǎng)的影響以及如何設(shè)計電力電子裝置以減小這種影響都在此討論。一類使用工頻晶閘管

25、控制的交流-直流變流器作為公用電網(wǎng)接口。這些變流器前面已經(jīng)詳細(xì)地討論過，其平均輸出電壓的幅值、極性是可變的，但是直流電流Id 是單向的。由于直流電壓的極性是可變的，所以功率流也是可反向的。正如所指出的，這類傳感器的使用趨勢是在非常高功率等級的系統(tǒng)，例如，高壓直流電壓傳輸系統(tǒng)。由于功率等級非常高，這類變流器濾除諧波電流、改善功率因數(shù)的技術(shù)與那些在其他章節(jié)所討論的工頻二極管整流器是很不一樣的。在方程(1-6A-1)，轉(zhuǎn)移功率因數(shù)等于。 電流比等于基波電流的有效值比上總電流的有效值。功率因數(shù)表明用電設(shè)備從公用電網(wǎng)獲取電能的效率，對于給定的電壓和功率水平，功率因數(shù)低，即意味著流入設(shè)備的電流就大，因此將

26、會提高公用電網(wǎng)設(shè)備（例如，變壓器、輸電線、發(fā)電機等）的電流/電壓比。居民和辦公設(shè)備制造商都已經(jīng)認(rèn)識到提高功率因數(shù)的重要性。他們都可以通過提高功率因數(shù)而獲得最大的電能并從中獲益。例如，在一幢建筑中，電壓是120V,，電流是15 A，只要功率因數(shù)為1，最大的功率就為1.8 kW。隨著功率因數(shù)的降低，由于有最大電流不超過15A的限制，所能獲得的最大電能也會隨之下降。前面的論點表明，制造商和用戶有責(zé)任、有愿望設(shè)計或選用高功率因數(shù)的電氣設(shè)備。這將要求在方程(1-6A-1)中，轉(zhuǎn)移功率因數(shù)DPF要高，并且要提高電流比，就要降低諧波電流。PART 2 Control TheoryUnit 1A：The Wo

27、rld of Control背景知識：自動控制理論是分析和設(shè)計自動控制系統(tǒng)的學(xué)科。自動控制理論可以大致分為“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”。自動控制系統(tǒng)可以分為：開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)（反饋系統(tǒng)）、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)、線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)、時不變（定常）系統(tǒng)和時變系統(tǒng)、集中參數(shù)系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)、確定系統(tǒng)和隨機系統(tǒng)、單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。例如在現(xiàn)代飛行器中，動力助推控制系統(tǒng)將飛行員的力放大以推動受到很大的氣流作用的機翼表面。集中參數(shù)系統(tǒng)是指這樣一些系統(tǒng)，其物理特性都集中在一個或者多個集中體上，因此與空間分布無關(guān)。在效果上，物體被假設(shè)為是剛體并且質(zhì)量都集中在一點上，彈簧的質(zhì)量可以忽略；導(dǎo)線的電阻

28、為零；或者是可以得到合適的關(guān)系式使得系統(tǒng)的質(zhì)量、電阻和溫度的分布是均勻的。在許多情形，控制系統(tǒng)的設(shè)計是基于一些理論，而不是直覺或者試湊法?？刂评碚撚糜谔幚硐到y(tǒng)對命令、調(diào)節(jié)或者干擾的動態(tài)響應(yīng)?？刂评碚摰膽?yīng)用有兩個基本的階段：動態(tài)分析和控制系統(tǒng)設(shè)計。分析階段主要考慮裝置（被控對象）對命令、干擾和對象參數(shù)改變的響應(yīng)。如果動態(tài)響應(yīng)是滿意的，則不需要第二階段了。如果響應(yīng)不滿意且不能改變對象，則需要第二階段：選擇控制元件（控制器）以將性能指標(biāo)改進(jìn)至可接受的水平。控制理論分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩類。經(jīng)典控制理論創(chuàng)建于第二次世界大戰(zhàn)，其特點是使用傳遞函數(shù)的概念，主要在拉氏域和頻率域進(jìn)行分析和設(shè)計?，F(xiàn)代

29、控制理論是隨著高速數(shù)字計算機的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，主要特點是使用狀態(tài)變量的概念并強調(diào)矩陣代數(shù)和主要在時間域進(jìn)行分析和設(shè)計。不難想象，每一種方法都有優(yōu)點和缺點并都有支持者和反對者。連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)。如果系統(tǒng)的變量都是時間的連續(xù)函數(shù)，就稱為連續(xù)變量系統(tǒng)或者模擬系統(tǒng)，其描述方程為微分方程。離散系統(tǒng)或者數(shù)字系統(tǒng)，有一到兩個變量只在特殊的時刻是確定的，如圖2-2A-2b所示，其描述方程為差分方程。如果時間間隔是可控的，稱之為采樣系統(tǒng)。從掃描雷達(dá)每次掃描中獲得位置數(shù)據(jù)或者從輪流傳輸數(shù)據(jù)的通道獲取信息，很自然地就得到可離散變量。很明顯，當(dāng)采樣間隔減小時，離散變量會逼近連續(xù)變量。如圖2-1A-2c所示的不連續(xù)變量

30、，主要是在“通-斷”控制或者“砰-砰”控制出現(xiàn)，將后續(xù)章節(jié)單獨處理。集中參數(shù)系統(tǒng)是指這樣一些系統(tǒng)，其物理特性都集中在一個或者多個集中體上，因此與空間分布無關(guān)。 在效果上，物體被假設(shè)為是剛體并且質(zhì)量都集中在一點上，彈簧的質(zhì)量可以忽略；導(dǎo)線的電阻為零；或者是可以得到合適的關(guān)系式使得系統(tǒng)的質(zhì)量、電阻和溫度的分布是均勻的。在分布參數(shù)系統(tǒng)中，要考慮物理特性的連續(xù)空間分布。物體是彈性的，彈簧有分布質(zhì)量，導(dǎo)線有分布電阻，物體中的溫度各點不一。集中參數(shù)系統(tǒng)用常微分方程描述，而分布參數(shù)系統(tǒng)用偏微分方程描述。B：The Transfer Function and the Laplace Transformatio

31、n背景知識：拉氏變換和傳遞函數(shù)是分析線性定常連續(xù)系統(tǒng)的有效工具。傳遞函數(shù)的定義為系統(tǒng)在零初始條件下，其輸出信號的拉氏變換與輸入信號拉氏變換的比值。傳遞函數(shù)包含了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全部動態(tài)信息。拉氏變換是一個線性變換，文章使用了比較大的篇幅來敘述拉氏變換的基本性質(zhì)。對于實際的系統(tǒng)，由于其積分特性要強于微分特性，所以N(s)的階次要低于D(s)的階次。This combination or reduction process is termed block diagram algebra. 這一合并和化簡過程稱為方框圖代數(shù)。The Laplace transform is an evolution fro

32、m the unilateral Fourier integral拉氏變換是單邊富立葉變換的特例Since the definite integral of Eq. 2-1B-4 is improper, not all functions are Laplace transformable 由于方程2-1B-4是奇異的，所以并非所有的函數(shù)的拉氏變換都存在。-late- 詞根 ，邊 ，側(cè)面，Bilateral 雙邊如果圖2-1B-1所示的線性系統(tǒng)的輸出關(guān)系已知，則系統(tǒng)的特性就可以得知。輸入-輸出在拉氏域的關(guān)系稱為傳遞函數(shù)。由定義，部件或者系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是輸出的拉氏變換比上輸入的拉氏變換。傳遞函

33、數(shù)的定義要求系統(tǒng)是線性的、穩(wěn)定的、變量是連續(xù)的以及初始條件為零。當(dāng)系統(tǒng)是集中參數(shù)的，沒有傳輸時延或可忽略就顯得特別有用。在以上條件下，傳遞函數(shù)可以表示為兩個復(fù)拉氏變量多項式之比:對于實際的系統(tǒng)，由于其積分特性要強于微分特性，所以N(s)的階次要低于D(s)的階次。稍后將表明，在頻率域使用的頻率傳遞函數(shù)（FTF）可以通過將傳遞函數(shù)里的拉氏變量s換成j而得到。在方程(2-1B-2)中，分母D(s)稱為特征函數(shù)是因為其包含了系統(tǒng)的所有物理特性。將D(s)等于零可以得到特征方程。特征方程的根決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及對各種輸入的響應(yīng)特性。分子多項式N(s)是表征輸入是如何進(jìn)入系統(tǒng)的函數(shù)。因此，N(s)不會

34、影響絕對穩(wěn)定性以及瞬態(tài)特性的模式和模式個數(shù)。然而對于某些特殊的輸入，N(s)會影響瞬態(tài)響應(yīng)的幅值和符號，因此，正如會影響輸出的穩(wěn)態(tài)值一樣會影響瞬態(tài)響應(yīng)的形狀。拉氏變換來自工程數(shù)學(xué)，對分析和設(shè)計線性系統(tǒng)非常有用。常系數(shù)的常微分方程變換為代數(shù)方程可以用于實現(xiàn)傳遞函數(shù)的概念。而且拉氏域很好運算，傳遞函數(shù)可以很容易運算、修改和分析。設(shè)計人員可以很快就熟練地將拉氏域的變化與時域的行為相聯(lián)系，而不須求解系統(tǒng)方程。當(dāng)需要時域解時，拉氏變換方法也是很直接的。其解是一個完整的解，包括齊次解（動態(tài)解）和特解（穩(wěn)態(tài)解），且初始條件已經(jīng)自動地包括了。最后，從拉氏域轉(zhuǎn)換到頻率域也很容易。Unit 2A：Stabilit

35、y and the Time Response背景知識：穩(wěn)定性分析和（動態(tài)）時域分析是自動控制理論的兩個重要部分。如果令系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的分母為零，則得到系統(tǒng)的特征方程，特征方程是描述系統(tǒng)特性的重要工具。系統(tǒng)穩(wěn)定的充分和必要條件是其特征方程的根全部在復(fù)平面的左半平面。判別系統(tǒng)的穩(wěn)定的重要判據(jù)是Routh判據(jù)。一階系統(tǒng)（慣性環(huán)節(jié)）和典型二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)是自動控制理論的重要內(nèi)容。 連續(xù)或離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性由其對輸入或者干擾的響應(yīng)決定。直觀地說，如果一個系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則其停留在穩(wěn)態(tài)（或者平衡點），除非是受到外部激勵，且當(dāng)外部激勵去除后，輸出又回到穩(wěn)態(tài)點。輸出經(jīng)過瞬態(tài)階段后將回到與輸入有相同形式的穩(wěn)態(tài)或

36、者是在輸入的附近。如果我們將同樣的輸入作用于不穩(wěn)定的系統(tǒng)，其輸出將不會回到穩(wěn)態(tài)，而是以無界的方式增長，通常其幅值是指數(shù)增長或者振蕩增長。系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以用連續(xù)系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)或者離散系統(tǒng)的Kronrcker 響應(yīng)來定義：一個連續(xù)（離散）系統(tǒng)是穩(wěn)定的，如果其脈沖響應(yīng)（Kronrcker 響應(yīng)）當(dāng)時間趨于無窮大時趨于零。一個可接受的系統(tǒng)必須至少滿足：穩(wěn)定性、精度和滿意的瞬態(tài)響應(yīng)這三個指標(biāo)。在陳述：“一個可接受的系統(tǒng)對指定輸入和擾動必須有滿意的時域響應(yīng)”已經(jīng)包含了這三個指標(biāo)的含義。因此盡管我們?yōu)榱朔奖愎ぷ髟诶嫌蚧蛘哳l率域，我們必須與時間域（至少是定性的）相聯(lián)系。在傳遞函數(shù)所在的方程(2-2A-1)中

37、，系統(tǒng)的階次定義為特征函數(shù)D(s)的階次，因此D(s)的最高次冪決定了系統(tǒng)的階次。第一項為強迫解，對應(yīng)于輸入；第二項為瞬態(tài)解，對應(yīng)于系統(tǒng)的極點。 在圖2-2A-2中，該瞬態(tài)解為c(t)。瞬態(tài)解看上去為指數(shù)衰減的，且通常用于衡量衰減速度的是時間常數(shù)：即指數(shù)衰減的瞬態(tài)解衰減至其初始值的36.8%所需的時間（秒數(shù)）。因為，當(dāng)t=T, ，對于一階慣性環(huán)節(jié)，時間常數(shù)是T秒。這也是為什么一階慣性環(huán)節(jié)要寫成這個形式。S的系數(shù)立即給出了衰減的速度。而且，當(dāng)時間為4T時， 瞬態(tài)解衰減至初始值的1.8%。B：Steady State背景知識：穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)。有兩種不同的穩(wěn)態(tài)誤差。一種是對

38、輸入信號跟蹤所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差，另一種是外部干擾所引起的穩(wěn)態(tài)誤差。增加前向通道的放大倍數(shù)或者在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾臃e分環(huán)節(jié)可以減少或者消除穩(wěn)態(tài)誤差?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計就是使裝置在有指令信號或者干擾時有滿意的行為（時域響應(yīng)）。s. 系統(tǒng)的精度是衡量其是否能夠跟蹤指令的一個指標(biāo)。控制系統(tǒng)設(shè)計就是使裝置在有指令信號或者干擾時有滿意的行為（時域響應(yīng)）。設(shè)計者必須清楚地知道整個過程的穩(wěn)態(tài)方程和誤差，以及他們對裝置的動態(tài)性能的影響。衡量系統(tǒng)的精度之一，就是其如何跟蹤給定命令。這是一項重要的性能指標(biāo)。一個導(dǎo)航系統(tǒng)如果不能將飛行器置于合適的軌跡，那么無論有多好的動態(tài)性能，都是沒有用。實際系統(tǒng)總是容易受到不希望的輸入干擾，例

39、如， 命令輸入中的噪聲以及由于參數(shù)改變在被控對象中產(chǎn)生的干擾或者被控對象工作環(huán)境變化產(chǎn)生的干擾。隨著命令輸入進(jìn)入系統(tǒng)的噪聲輸入需要濾波器進(jìn)行驅(qū)除或者抑制并不對輸入信號產(chǎn)生影響。我們將限于討論通過被控對象進(jìn)行系統(tǒng)的噪聲而不討論通過控制器進(jìn)入系統(tǒng)的噪聲。通常同時將誤差的兩個部分最小化是困難的。很明顯，具有適當(dāng)?shù)母蓴_輸入特性的一些知識是很有必要的。方程2-2B-7的兩個誤差項都能通過在控制器中加入積分器而消除。這些附加的積分器增加了系統(tǒng)的型（例如，從1型系統(tǒng)變?yōu)?型系統(tǒng)），因此可以消除速度誤差，并通過在系統(tǒng)擾動進(jìn)入點之前引入積分環(huán)節(jié)，可以消除由輸入信號中包含的階躍擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差。如果要保持系統(tǒng)穩(wěn)

40、定該附加的積分器必須相應(yīng)增加至少一個零點。UNIT 3A：The Root Locus背景知識：根軌跡是分析控制系統(tǒng)動態(tài)性能的有力工具。根軌跡的定義為當(dāng)系統(tǒng)的某個參數(shù)變化時其所有的閉環(huán)特征根在復(fù)平面上移動所描出的軌跡。學(xué)習(xí)根軌跡，最主要的是學(xué)習(xí)繪制根軌跡的幾個主要準(zhǔn)則以及利用根軌跡分析控制系統(tǒng)動態(tài)性能的基本方法 。 根軌跡技術(shù)是當(dāng)一個單一的參數(shù)，例如增益或者時間常數(shù)從零到無窮大變化時，確定特征方程的各個根的位置的圖形技術(shù)。因此，根軌跡不僅僅提供了系統(tǒng)絕對穩(wěn)定性的信息，還提供了穩(wěn)定程度的信息。穩(wěn)定程度實際上還是描述動態(tài)響應(yīng)特性的方式。如果系統(tǒng)是不穩(wěn)定的或者動態(tài)響應(yīng)不可接受，根軌跡還可以指出可能改

41、進(jìn)響應(yīng)的方法而且可以定性描述改進(jìn)的效果。零點是使Z(s)為零的s值，用符號表示。不能自動地假設(shè)這個零點就是使N(s)為零的閉環(huán)傳遞函數(shù)的零點。它可能是，但不一定。極點是使P(s)為零的s值，用符號表示。sn表示n 個極點，其值為零，位于s 平面的原點。特征方程的根前面已經(jīng)定義為使D(s)為零的s值，用符號表示。由于s是一個復(fù)變量，極點和零點也可能是復(fù)數(shù)，也是一個復(fù)函數(shù)，因此有可能視為一個有幅值和相角的向量。方程(2-3A-2)右邊的每一個因子都可以視為有各自幅值和相角的向量，并如圖2-3A-1.所示。請注意相角是按從水平軸逆時針方向為正計算。如果實軸在兩個開環(huán)極點（開環(huán)零點）之間屬于根軌跡，則

42、在其中必定有突破點（匯合點）。如果附近沒有極點或者零點，則突破點（匯合點）必定在（兩個開環(huán)極點/開環(huán)零點）的中間。 B：The Frequency Response Methods: Nyquist Diagrams背景知識：頻率特性（函數(shù)）是分析控制系統(tǒng)的有力工具，也是描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型。如果一個線性定常系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則其輸入為一個正弦信號時Sint，其穩(wěn)態(tài)輸出也是一個正弦信號，所不同的是其幅值A(chǔ)()和相角（）發(fā)生了變化。輸出信號的幅值和相角都是的函數(shù)。稱復(fù)變函數(shù)A()ej（）為系統(tǒng)的頻率特性函數(shù)?？梢宰C明系統(tǒng)的頻率特性可以通過將其傳遞函數(shù)G(S)中的S換成j而得到：G(j)。得到系

43、統(tǒng)開環(huán)的G(j)后，可以在復(fù)平面上畫出從0到+變化時的G(j)曲線（稱為極坐標(biāo)圖，又稱Nyquist曲線），利用Nyquist曲線可以判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，稱為Nyquist判據(jù)。輸入信號的特性可以影響到系統(tǒng)分析和設(shè)計的技術(shù)的選擇。許多的系統(tǒng)指令輸入僅僅是讓系統(tǒng)從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。這種類型的輸入可以用適當(dāng)?shù)奈恢?、速度和加速度的階躍來描述。但是，如果減小這些階躍輸入的間隔，系統(tǒng)沒有足夠的時間來到達(dá)下一個相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)，則階躍響應(yīng)以及拉普拉斯域就顯得不合適。這些快速變化的指令輸入可以是周期的、隨機的以及它們的組合。例如跟蹤雷達(dá)天線的風(fēng)力負(fù)載是由一個隨時間變化的平均速度成分與迭加的隨機陣

44、風(fēng)組成的。如果這些輸入的頻率的分布是可計算、測量、甚至可估計的，則頻率響應(yīng)可以用來決定系統(tǒng)輸出的效果。 根據(jù)以上方程，將正弦信號輸入于一個穩(wěn)定的線性系統(tǒng)，產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)也是一個與輸入信號具有相同頻率的正弦信號，但是其相角和幅值可能會不同。這個穩(wěn)態(tài)正弦響應(yīng)稱為系統(tǒng)的頻 響應(yīng)。由于頻率響應(yīng)的相角就是復(fù)函數(shù)G(j0)的角度。幅值比（c0/r0）就是的G(j0)幅值，所以G(j0)在頻率域定義了穩(wěn)態(tài)輸入-輸出關(guān)系。G(j0)成為頻率傳遞函數(shù)，并可以通過將傳遞函數(shù)G(s)的拉普拉斯變量s替換為j0而得到。，反之，G(j0)可以通過實驗得到，則傳遞函數(shù)也可以通過將j0替換為s得到。UNIT 4A：The

45、Frequency Response Methods: Bode Plots背景知識：已知系統(tǒng)的頻率特性A() ej（），將20lg A()和（）分別畫出，并且橫軸取對數(shù)坐標(biāo)，則得到Bode圖。Bode圖包含了系統(tǒng)的全部動態(tài)特性，從穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差到瞬態(tài)響應(yīng)均在Bode圖中得到反映。由于Bode圖具有很清晰的物理意義，工程人員也喜歡利用其來分析和設(shè)計控制系統(tǒng)。有一點要注意的是，通常都是用開環(huán)傳遞函數(shù)的Bode圖來分析閉環(huán)系統(tǒng)的特性。系統(tǒng)的頻率特性可以用Nyquist 圖（極坐標(biāo)圖）或者用其幅值（比）和相角為因變量，輸入信號的頻率為自變量繪圖。在繪圖時通常幅值（比）用分貝表示，相角用度表示，輸入

46、信號的頻率按常用對數(shù)取值。以上這兩個圖稱為伯德圖（以H. W. Bode命名）?？梢杂糜嬎銠C繪出精確的伯德圖。在本文中將討論用手工繪制的技巧簡單而快速地繪制直線漸進(jìn)線圖。系統(tǒng)傳遞函數(shù)的伯德圖可以用于確定各種輸入（包括階躍輸入）下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。因為頻率響應(yīng)為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，所以系統(tǒng)必須是穩(wěn)定且其穩(wěn)定性必須在繪制伯德圖之前確定。伯德圖和頻率（特性）函數(shù)一起用來確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)該函數(shù)無零點和極點在S平面右半部時，即系統(tǒng)為最小相位系統(tǒng)，可以使用函數(shù)的四個快速地繪出伯德圖。這四個量分別是：與頻率無關(guān)的系數(shù)K。在原點的零點和極點個數(shù)。一階項，即實數(shù)零點和極點個數(shù)。二階項，即零點和極點。對于乘積：，這里，而

47、。相角表現(xiàn)為和的形式，幅值M如果使用分貝為單位也表現(xiàn)為和的形式：在伯德圖中幅值M使用分貝，相角使用度，畫在為橫坐標(biāo)的半對數(shù)紙上。以上推導(dǎo)表明：的幅值和相角伯德圖可以分別由各個基本因子的伯德圖相加而得到。這些伯德圖比極坐標(biāo)圖要容易畫，且可以方便地解釋系統(tǒng)性能。在Bode圖中，相角穩(wěn)定裕量m為180加上時的頻率處對應(yīng)的相角值。因此，如圖2-4A-2所示，相角穩(wěn)定裕量m為相角曲線在穿越頻率（幅值曲線穿越0 dB線處）處與-180線的距離。同樣，增益裕量等于1除以相角為時對應(yīng)頻率的幅值。因此，,以dB來表示，為如圖Fig. 2-4A-2.所示的頻率處，幅值曲線與0分貝線的距離。教材中注釋1的翻譯：對于

48、超前環(huán)節(jié)，其Bode圖同樣與相應(yīng)的滯后環(huán)節(jié)的Bode圖成鏡象。B: Nonlinear Control System背景知識：世界上所有的系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)。只不過是因為，有一部分非線性系統(tǒng)的非線性不是很嚴(yán)重，在一定的條件下可以用線性模型來近似。常見的非線性特性有：跳躍、飽和、死區(qū)、繼電特性、磁滯回環(huán)等。對于非線性系統(tǒng)，最根本的一條就是：迭加原理不成立。相平面法和函數(shù)法是2種常用的分析非線性系統(tǒng)的方法。實際上，大多數(shù)的系統(tǒng)當(dāng)在工作點周圍有較大的變化時，都是非線性的。線性化的是基于這樣的假設(shè)：變化足夠的小。但是這種條件通常得不到滿足，例如當(dāng)系統(tǒng)包含繼電器時，即使是很小的變化，也會引起較大的變化。

49、起動和停止時通常也要考慮非線性的影響，因為相對系統(tǒng)的動態(tài)特性，系統(tǒng)的非線性是不能忽略的。迭加原理不適用于非線性系統(tǒng)。這一點的后果是嚴(yán)重的。事實上，至今為止所討論的分析和設(shè)計技術(shù)包括傳遞函數(shù)和拉氏變換已經(jīng)不適用了。更糟糕的是，并沒有一般的方法能夠取代它們。有那么幾種方法，但是各自存在限定的目的和范圍。我們將介紹比較熟知的相平面法和描述函數(shù)法。（非線性系統(tǒng)）響應(yīng)的特性取決于輸入或者初始條件。例如，當(dāng)階躍輸入的的幅度增大一倍時，非線性系統(tǒng)可能會從穩(wěn)定變得不穩(wěn)定；反之亦然。（非線性系統(tǒng)）的不穩(wěn)定性通常表現(xiàn)為極限環(huán)的形式。其振蕩以固定的幅值和頻率在反饋環(huán)中維持即使系統(tǒng)的輸入為零。對于不穩(wěn)定的線性系統(tǒng)其瞬

50、態(tài)過程的幅值在理論上會趨于無窮大，但是非線性特性會限制其增長。跳躍現(xiàn)象如圖Fig.2-4B-1所示，該圖解釋了輸出幅值與輸入頻率之間的關(guān)系。如果輸入的頻率從一個比較高的數(shù)值減小，響應(yīng)的幅值會突然垂直的相切點C下降到點D。Unit 5A: Introduction to Modern Control Theory背景知識：現(xiàn)代控制理論（以狀態(tài)方程和狀態(tài)空間為標(biāo)志）出現(xiàn)在上個世紀(jì)60年代末，70年代初。開始時主要是應(yīng)用在航天領(lǐng)域。經(jīng)典控制理論主要是使用描述系統(tǒng)輸入、輸出關(guān)系的模型（傳遞函數(shù)、頻率特性），而現(xiàn)代控制理論則是使用描述系統(tǒng)內(nèi)部特性的變量（狀態(tài)變量）。由于采用時域模型，現(xiàn)代控制理論特別適合

51、于使用計算機，而計算機的廣泛應(yīng)用為現(xiàn)代控制理論的發(fā)展提供了動力。隨著社會技術(shù)的進(jìn)步，人們總是選擇更高的目標(biāo)。這就意味著要處理復(fù)雜的具有更多相互作用的部件的系統(tǒng)。由于需要更高的精度和效率控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)已經(jīng)發(fā)生變化。經(jīng)典的指標(biāo)如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、帶寬等已經(jīng)讓位于最優(yōu)化指標(biāo)如最小能量、最小成本已經(jīng)最小時間等。即使系統(tǒng)是線性定常的，最優(yōu)控制理論通常給出非線性時變控制律。狀態(tài)的概念在現(xiàn)代控制理論中占據(jù)中心位置。然而其也出現(xiàn)在其他技術(shù)和非技術(shù)領(lǐng)域。在熱力學(xué)中狀態(tài)方程的概念被突出地使用。二進(jìn)制序列網(wǎng)絡(luò)通常使用狀態(tài)的術(shù)語進(jìn)行分析。在日常生活中每月的也使用財政（財務(wù)）狀況。美國總統(tǒng)的國情咨文也是一個熟悉的例

52、子。在上述所有的例子中，“狀態(tài)”的概念是基本相同的?！盃顟B(tài)”完全就是系統(tǒng)在某個特殊時刻的“狀況”的一個總結(jié)。狀態(tài)在某個時刻t0的值再加上t0時刻的輸入的知識可以確定以后時刻t1的狀態(tài)。就t1時刻的狀態(tài)而言，它與初始狀態(tài)是如何實現(xiàn)的無關(guān)。因此，t0時刻的狀態(tài)就構(gòu)成了t0以前行為的歷史，這個歷史狀態(tài)在一定程度上影響系統(tǒng)未來的行為。當(dāng)前狀態(tài)就將過去與未來作了一個截然的劃分。在任何一個固定的時刻，系統(tǒng)的狀態(tài)可以用變量集合的值xi來描述，稱為狀態(tài)變量。熱力學(xué)系統(tǒng)的一個狀態(tài)變量是溫度，其值是在一個實數(shù)連續(xù)區(qū)間R變化。對于一個二進(jìn)制網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變量可以僅僅有兩個離散的值，0和1。你在月底帳目的平衡的狀態(tài)可以用一

53、個數(shù)來表示。國情咨文中的狀態(tài)可以用國民生產(chǎn)總值、失業(yè)率、貿(mào)易赤字等來表示。對于本文所考慮的系統(tǒng)，狀態(tài)變量可以用任何一個標(biāo)量值（實數(shù)或復(fù)數(shù)）來表示。即。雖然有的系統(tǒng)需要用無窮多個狀態(tài)變量來表示，但是在這里我們僅僅考慮有限個數(shù)目狀態(tài)變量的系統(tǒng)。因此，狀態(tài)可以表示為n個分量的狀態(tài)向量。狀態(tài)向量屬于某個域C上的狀態(tài)空間。對于連續(xù)時間系統(tǒng)，狀態(tài)可以定義某個區(qū)間上的所有時間。例如，連續(xù)變化的溫度或者電壓。離散時間系統(tǒng)的狀態(tài)只定義在離散時刻。例如，每月財務(wù)狀況或者年度國情咨文。連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)可以通過定義時間域T來統(tǒng)一討論。對于連續(xù)時間系統(tǒng)，T由的所有實數(shù)構(gòu)成。對于離散時間系統(tǒng)，T由離散時刻集合構(gòu)

54、成。在任何一種情形，有時，初始時刻可以為，最終時刻可以是。.狀態(tài)向量x(t)僅僅是在上有定義。對于任意給定的t ，x(t)僅僅是一個有序的n個數(shù)的集合。然而系統(tǒng)的特性可以隨時間變化，會引起系統(tǒng)狀態(tài)變量個數(shù)（不是變量的值）的變化。如果狀態(tài)空間的維數(shù)發(fā)生變化需要使用符號。這里假設(shè)這里表示，對于系統(tǒng)的維數(shù)都是n維。B: State equations背景知識：狀態(tài)方程是現(xiàn)代控制理論的一個基本概念?？梢酝ㄟ^對系統(tǒng)的機理分析得到狀態(tài)方程，也可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇狀態(tài)變量從一個高階的微分方程等價地得到狀態(tài)方程。我們都知道，狀態(tài)變量的選擇不是惟一的。狀態(tài)空間模型的推導(dǎo)與傳遞函數(shù)的推導(dǎo)沒有什么不同，總是先將描述系

55、統(tǒng)特性微分方程寫出來。在傳遞函數(shù)模型中，這些方程經(jīng)過（拉氏）變換，并消去中間變量，以求得所選定的輸入輸出變量間的關(guān)系。對于狀態(tài)模型，所不同的是，將方程整理成為一階微分方程組，其變量為選定的狀態(tài)變量。而且輸出變量同樣也表示成為狀態(tài)變量。由于所消去的變量并非過程本質(zhì)部分，狀態(tài)模型更容易得到。給出兩個例子作為解釋并將狀態(tài)模型與所用過的傳遞函數(shù)模型相聯(lián)系。狀態(tài)變量的選擇不是惟一的。有多組狀態(tài)變量可以選擇。通常最好是選擇有物理意義的變量，如果有可能，最好是可以測量的。對于一個系統(tǒng)，所能得到的信息的形式通常決定了所使用的方法。例如，在一些例子中，傳遞函數(shù)是通過實驗得到的，而且必須是建模的開始。因為狀態(tài)模型

56、描述了系統(tǒng)的動態(tài)特性，首先要確定的是系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了推導(dǎo)穩(wěn)定性判據(jù)首先確定狀態(tài)模型的傳遞函數(shù)矩陣來考慮傳遞函數(shù)概念的推廣。這需要狀態(tài)模型方程的拉氏變換。一個向量的拉氏變換等于其每個元素的拉氏變換。因此和 的拉氏變換如下：Part 3 Computer Control TechnologyUnit 1A: Fundamentals of Computer and Networks背景知識：計算機已經(jīng)是現(xiàn)代社會日常生活所離不開的物品。一個計算機至少包含：中央處理單元（CPU）、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和操作系統(tǒng)這幾個部分。操作系統(tǒng)必須能夠確保計算機系統(tǒng)的正確運行。為了防止用戶程序干擾系統(tǒng)的正確運行，將

57、硬件修改為兩個模式：用戶模式和監(jiān)控模式。許多的指令（如I/O指令，停止指令）為特許指令且僅僅能夠在監(jiān)控模式下運行。監(jiān)控程序所在的內(nèi)存也必須保護(hù)起來以防用戶修改。定時器可以防止死循環(huán)。一旦對一個基本的計算機體系結(jié)構(gòu)完成了以上修改（雙模式、特許指令、內(nèi)存保護(hù)、定時器中斷），就有可能寫出正確的操作系統(tǒng)。 雖然，通信計算機在無論是在應(yīng)用上或者是在計算機的核心部件上都存在很大的物理差別，通信網(wǎng)絡(luò)在本質(zhì)上就是一個數(shù)據(jù)通信設(shè)備，可能是一個PSDN、一個自有的局域網(wǎng)以及這些網(wǎng)絡(luò)的互連。然而，即使不考慮數(shù)據(jù)通信設(shè)備的類型，每一臺計算都需要一定的硬件和軟件以處理相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這些協(xié)議要考慮建立訪問網(wǎng)絡(luò)的通信通道

58、以及控制信息流。提供這些設(shè)備僅僅是網(wǎng)絡(luò)需求的一個部分；許多的通信計算機有著不同的應(yīng)用程序類型。即他們使用不同的編程語言；更為重要的是用戶程序之間使用不同的數(shù)據(jù)表示接口；而且基礎(chǔ)的通信服務(wù)也是不同的。例如有的計算機可能只是單臺計算機而另一些則是大型多用戶系統(tǒng)。Unit 2 A: The Application of Computer背景知識：在現(xiàn)代社會中計算機的應(yīng)用可以說是無處不在。從早期的科學(xué)計算，到現(xiàn)在的管理信息系統(tǒng)、自動控制、計算機仿真、計算機輔助設(shè)計、圖象處理、互連網(wǎng)?？梢赃@么說，只要有信息處理的地方，就會有計算機。如果要問計算機不能做什么？可能反而不好回答。不過我校的圖書館里，剛好有這么一本書就叫“