Introduction to Feedback Control

This book is an introductory tutorial on feedback control theory. Chapter 1 introduces the basic concept of feedback and uses its relationship with dynamics to introduce the characteristics and key points of feedback and control; Chapters 2 to 5 introduce the signals and system models involved in feedback control; Chapter 6 analyzes the stability, sensitivity and robustness of feedback control; Chapter 7 focuses on the analysis of feedback; Chapters 8 and 9 introduce the structure and composition of the control subsystem; Chapter 10 describes how to design a feedback controller so that the system meets the expected operating performance while also having stability and anti-interference capabilities; Chapters 11 and 12 introduce the application and benefits of feedback control in practical fields. Chapter 1 Introduction 1.1 Feedback 1.2 Block diagrams, systems, inputs, and outputs 1.3 More on block diagrams 1.4 Feedback and dynamics 1.5 Systems, causality, stationarity, and linearity 1.6 Models 1.7 Basic control loops 1.8 Control design 1.9 Chapter summary 1.10 Comments and further reading Chapter 2 Analogy 2.1 Introduction and significance 2.2 Signals and their graphical representations 2.3 Signals and analog signals 2.4 Examples of systems 2.5 How similar are these examples of systems? 2.6 Discrete time or continuous time? 2.7 Analogous Systems 2.8 Integrated Systems and Distributed Systems 2.9 Amplitudes 2.10 Comments and Further Reading Chapter 3 Feedback and Control 3.1 Introduction and Objectives 3.2 Making Tiles 3.3 Gravity-Fed Irrigation Systems 3.4 Servo Design for Radio Astronomy Antennas 3.5 Simple Automatic Control 3.6 Homeostasis 3.7 Social Systems 3.8 Comments and Further Reading Chapter 4 Signal Analysis 4.1 Introduction and Objectives 4.2 Signals and Signal Classification 4.3 Signal Transformation 4.4 Signal Measurement 4.5 Signal Processing 4.6 Recording and Replay 4.7 Comments and Further Reading Chapter 5 Systems and Models 5.1 Introduction and Objectives 5.2 Classification of Models 5.3 Interconnected Systems 5.4 Simplifying Assumptions 5.5 Some Simple Systems 5.6 Linear Systems 5.7 System Analysis 5.8 Synthesis of Linear Systems 5.9 State-Space Descriptions of Linear Systems 5.10 Descriptions of Discrete-Time Systems Chapter 6 Stability, Sensitivity, and Robustness 6.1 6.1 Introduction and Purpose 6.2 Some Examples 6.3 Stability of Autonomous Systems 6.4 Linear Autonomous Systems 6.5 Nonlinear Systems: Lyapunov Stability 6.6 Nonautonomous Systems 6.7 Knowledge Beyond Equilibrium 6.8 Sensitivity Chapter 7 Feedback 7.1 Introduction and Purpose 7.2 Internal Feedback 7.3 Feedback and Model Uncertainty 7.4 System Stability and Regulation 7.5 Noise Feedback 7.6 Two-Level Degree-of-Freedom Control 7.7 Feedback Design 7.8 Discussion 7.9 Comments and Further Reading Chapter 8 Control Systems 8.1 Introduction and Purpose 8.2 Information Flow 8.3 Control Objectives 8.4 Open Loops 8.5 Closed Loops 8.6 Other Control Structures 8.7 Distributed and Hierarchical Control 8.8 Integrated Process and Control Design 8.9 Comments and Further Reading Chapter 9 Composition of Control Subsystems 9.1 Introduction and Motivation 9.2 Sensors and Data Acquisition Systems 9.3 Controllers 9.4 Computer-Based Controllers 9.5 Actuators 9.6 Comments and Further Reading Chapter 10 Control Design 10.1 Introduction and Motivation 10.2 Control Design 10.3 Local Control 10.4 Adaptation and Learning 10.5 Management 10.6 Optimization 10.7 Chapter Summary 10.8 Comments and Further Reading Chapter 11 The Benefits of Control 11.1 Introduction 11.2 Medical Applications 11.3 Industrial Applications 11.4 Social Risks 11.5 Comments and Further Reading Chapter 12 Outlook 12.1 Introduction 12.2 From Analog Controllers to Distributed Networked Control 12.3 From Automatic Operators to Humanoid Robots 12.4 Artificial Intelligence in Control 12.5 Systems and Biology 12.6 Comments and Further Reading