自动控制原理

出版说明

前言

第1章 绪论

1.1 自动控制的基本概念

1.1.1 人工控制与自动控制

1.1.2 控制系统框图

1.1.3 开环控制与闭环控制

1.1.4 自动控制系统的应用实例

1.2 自动控制系统的组成

1.2.1 基本组成部分

1.2.2 常用的名词术语

1.3 自动控制系统的分类

1.4 自动控制理论概要

1.4.1 自动控制理论的发展

1.4.2 对自动控制系统的基本要求

1.4.3 本书内容

1.5 小结

1.6 习题

第2章 自动控制系统的数学模型

2.1 控制系统数学模型的概念

2.1.1 建立数学模型的方法

2.1.2 数学模型的类型

2.2 控制系统的微分方程

2.2.1 线性系统微分方程的建立

2.2.2 微分方程的增量化表示

2.2.3 线性系统的重要特征

2.2.4 非线性微分方程的线性化

2.3 控制系统的传递函数

2.3.1 传递函数的概念

2.3.2 关于传递函数的几点说明

2.3.3 典型环节及其传递函数

2.4 控制系统的结构图

2.4.1 结构图的概念

2.4.2 结构图的组成和建立

2.4.3 结构图的等效变换和简化

2.4.4 典型闭环控制系统的结构图及其传递函数

2.5 信号流图

2.5.1 信号流图的概念

2.5.2 梅逊公式

2.6 小结

2.7 习题

第3章 自动控制系统的时域分析法

3.1 时域分析法基础

3.1.1 典型输入信号

3.1.2 瞬态响应和稳态响应

3.1.3 阶跃响应性能指标

3.2 一阶系统的动态性能

3.3 二阶系统的动态性能

3.3.1 典型二阶系统的动态性能

3.3.2 具有零点的二阶系统分析

3.4 高阶系统的时域分析

3.5 系统稳定性分析

3.5.1 线性系统稳定的概念和稳定的充要条件

3.5.2 劳斯(Routh)稳定判据

3.6 稳态误差分析

3.6.1 稳态误差的定义

3.6.2 控制系统的型别

3.6.3 给定输入作用下系统的稳态误差

3.6.4 扰动输入作用下系统的稳态误差

3.6.5 降低稳态误差的方法

3.7 PID基本控制规律的分析

3.8 利用MATLAB进行时域分析

3.8.1 传递函数模型的MATLAB表示

3.8.2 用MATLAB求控制系统的单位阶跃响应

3.8.3 利用MATLAB辅助分析控制系统的稳定性

3.9小结

3.1 0习题

第4章 根轨迹分析法

4.1 根轨迹的基本概念

4.1.1 根轨迹的概念

4.1.2 幅值条件和相角条件

4.2 绘制根轨迹的基本法则

4.3 参量根轨迹和根轨迹簇

4.3.1 参量根轨迹

4.3.2 根轨迹簇

4.4 零度根轨迹

4.5 延迟系统的根轨迹

4.5.1 延迟系统根轨迹方程的幅值条件和相角条件

4.5.2 绘制延迟系统的根轨迹

4.5.3 根轨迹上Kg值的确定

4.6 根轨迹法分析系统的性能

4.7增加开环零极点对根轨迹的影响

4.7.1 增加开环零点对根轨迹的影响

4.7.2 增加开环极点对根轨迹的影响

4.7.3 增加开环偶极子对根轨迹的影响

4.8 利用MATLAB绘制根轨迹图

4.9 小结

4.10 习题

第5章 频率特性分析法

5.1 频率特性的基本概念

5.1.1 频率特性的定义

5.1.2 频率特性和传递函数的关系

5.2 频率特性的图示方法

5.2.1 幅相频率特性曲线

5.2.2 对数频率特性曲线

5.2.3 对数幅相特性曲线

5.3 典型环节的频率特性

5.4 系统的开环频率特性

5.4.1 系统开环幅相频率特性的绘制

5.4.2 系统开环对数频率特性的绘制

5.4.3 最小相位系统与非最小相位系统

5.5 奈奎斯特稳定判据

5.5.1 幅角定理

5.5.2 奈奎斯特判据

5.5.3 奈奎斯特判据在Ⅰ型和Ⅱ型系统中的应用

5.5.4 在伯德图上判别闭环系统的稳定性

5.5.5 多回路系统的稳定性分析

5.6 相对稳定性

5.7系统闭环频率特性曲线的绘制

5.7.1 用向量法求闭环频率特性

5.7.2 等M圆图和等N圆图

5.7.3 利用闭环幅频特性分析和估算系统的性能

5.8 利用开环频率特性分析系统的性能

5.9 利用MATLAB绘制频率特性曲线图

5.9.1 利用MATLAB绘制奈奎斯特图

5.9.2 利用MATLAB绘制伯德图

5.9.3 利用MATLAB分析相对稳定性

5.10 小结

5.11 习题

第6章 自动控制系统的校正

6.1 控制系统校正的基本概念

6.1.1 校正方式

6.1.2 性能指标

6.1.3 设计方法

6.2 校正装置及其特性

6.3 串联校正的设计

6.3.1 串联校正的频率法设计

6.3.2 串联校正的根轨迹法设计

6.3.3 串联校正的期望对数频率特性设计法

6.4 反馈校正的设计

6.5 复合控制校正

6.6 小结

6.7 习题

第7章 线性离散控制系统的分析

7.1 线性离散控制系统的概念

7.2 采样过程和采样定理

7.2.1 采样过程

7.2.2 采样定理

7.2.3 信号复现与零阶保持器

7.3 z变换

7.3.1 z变换的定义

7.3.2 z变换的求法

7.3.3 z变换的基本定理

7.3.4 z反变换

7.4 离散控制系统的数学模型

7.4.1 差分方程

7.4.2 脉冲传递函数

7.5 离散控制系统的稳定性分析

7.5.1 s平面与z平面的映射关系

7.5.2 离散控制系统稳定的充要条件

7.5.3 离散控制系统的劳斯稳定判据

7.6 离散控制系统的稳态误差分析

7.7 离散控制系统的动态性能分析

7.7.1 离散控制系统闭环极点分布和暂态响应的关系

7.7.2 离散控制系统动态性能的估算

7.8 离散控制系统的校正

7.8.1 离散控制系统校正的特点

7.8.2 校正装置的具体设计方法

7.8.3 最少拍系统设计

7.9 小结

7.10 习题

第8章 非线性控制系统的分析

8.1 非线性控制系统概述

8.1.1 非线性现象的普遍性

8.1.2 控制系统中的典型非线性特性

8.1.3 非线性控制系统的特殊性

8.1.4 非线性控制系统的分析方法

8.2 相平面法

8.2.1 相平面的基本概念

8.2.2 构造相平面图

8.2.3 由相平面图确定时间

8.2.4 线性系统的相平面分析

8.2.5 非线性系统的相平面分析

8.3 描述函数法

8.3.1 描述函数的基本概念

8.3.2 典型非线性特性的描述函数

8.3.3 用描述函数法分析非线性系统的稳定性

8.4 小结

8.5 习题

附录 常用函数z变换表

参考文献

《自动控制原理/21世纪高等院校电气信息类系列教材》是根据高等学校自动化类专业对“自动控制原理”课程的要求编写的。全书共分8章，内容有自动控制的基本概念，自动控制系统的数学模型，自动控制系统的时域分析法，根轨迹分析法，频率特性分析法，自动控制系统的校正，线性离散控制系统的分析，非线性控制系统的分析，每章都有适当的例题和习题。本书力求结合专业特点，并兼顾相近专业的要求。
　　本书可作为高等学校自动化、电气工程及其自动化、检测技术与自动化装置等专业的教材，也可作为电子信息工程和机电类各专业的教学用书，还可供自动控制等专业领域的工程技术人员参考。

★从基本理论和概念出发，精练内容，突出重点，淡化繁冗的理论推导，注重理论与实际的结合。
　　★为读者更好地掌握应用所学的知识，适应计算机仿真在控制系统中应用越来越广的要求，各章均安排了采用MATLAB仿真的控制系统分析与应用实例。
　　★为了便于读者自学和更好地掌握本课程的基本理论，锻炼和培养分析、综合及解决实际问题的能力，各章均备有适当的例题和习题，并给出小结，供读者学习和归纳使用。