自动控制原理

1绪论

1.1自动控制的基本概念

1.1.1基本概念

1.1.2开环控制与闭环控制的实例

1.2自动控制理论的发展

1.2.1经典控制理论

1.2.2现代控制理论

1.2.3大系统理论

1.2.4智能控制

1.3控制系统的分类

1.3.1恒值系统和随动系统

1.3.2线性系统和非线性系统

1.3.3连续系统和离散系统

1.4对控制系统的基本要求

1.4.1稳定性

1.4.2动态性能

1.4.3稳态性能

本章小结

习题

2控制系统的数学模型

2.1基本概念

2.1.1数学模型

2.1.2控制系统

2.2时域模型微分方程

2.2.1建立系统或元件微分方程的步骤

2.2.2典型系统的微分方程

2.2.3非线性方程线性化方法

2.3复域模型传递函数

2.3.1传递函数的定义

2.3.2传递函数的性质和物理意义

2.3.3典型环节的传递函数

2.3.4传递函数的表示方式和术语

2.4控制系统方块图

2.4.1方块图简介

2.4.2方块图的化筒

2.4.3闭环系统的方块图和传递函数

2.5状态空间模型

2.5.1状态变量表达式相关概念

2.5.2由微分方程建立状态变量表达式

2.5.3状态变量表达式和传递函数的关系

本章小结

习题

3线性系统的时域分析

3.1系统的稳定性分析

3.1.1稳定的概念

3.1.2稳定的充要条件

3.1.3劳斯稳定判据

3.2二阶系统的动态性能分析

3.2.1典型输入信号

3.2.2动态性能指标

3.2.3二阶系统的时域响应

3.2.4高阶系统的时域响应

3.3系统稳态性能分析

3.3.1稳态误差的定义

3.3.2输入信号作用下系统的稳态误差

3.3.3扰动信号作用时系统的稳态误差

本章小结

习题

4线性系统的频域分析

4.1线性系统的频率响应

4.2频率特性的图形表示

4.2.1幅相频率特性曲线

4.2.2对数频率特性曲线

4.3奈奎斯特稳定判据

4.3.1奈奎斯特稳定判据的数学基础

4.3.2奈奎斯特稳定判据

4.4控制系统的相对稳定性

4.4.1相对稳定性

4.4.2稳定裕度的求取

4.5频域响应分析

4.5.1频率性能指标

4.5.2频域指标与时域指标的关系

本章小结

习题

5线性系统的校正

5.1系统设计与校正的概念

5.1.1系统性能指标

5.1.2校正的实质

5.1.3校正方式

5.1.4对数幅频特性的形状对系统性能指标的影响

5.2常用校正装置

5.2.1无源超前网络

5.2.2无源滞后网络

5.2.3滞后-超前无源网络

5.3串联校正的频率法设计

5.3.1串联超前校正

5.3.2串联滞后校正

5.3.3串联滞后-超前校正

5.4PID调节器

5.4.1PID的基本控制作用

5.4.2PID控制器的参数确定

本章小结

习题

6采样系统分析

6.1引言

6.2信号的采样与保持

6.2.1采样信号的数学表示

6.2.2采样信号的频谱分析

6.2.3采样定理

6.2.4信号的保持

6.3z变换

6.3.1z变换的定义

6.3.2z变换的求法

6.3.3z变换的性质

6.3.4z反变换

6.4采样系统的脉冲传递函数

6.4.1脉冲传递函数的定义和意义

6.4.2脉冲传递函数的求法

6.4.3开环脉冲传递函数

6.4.4闭环脉冲传递函数

6.5采样系统分析

6.5.1采样系统的稳定性

6.5.2采样系统的稳态性能

6.5.3采样系统的动态性能

本章小结

习题

7状态空间分析设计

7.1状态空间的线性变换

7.1.1线性变换

7.1.2线性变换的不变性

7.1.3线性系统的规范化

7.2线性定常系统状态方程的解

7.2.1线性定常系统齐次方程的解

7.2.2状态转移矩阵的性质

7.2.3状态转移矩阵的求取

7.2.4非齐次状态方程的解

7.3线性连续系统的可控性与可观测性分析

7.3.1线性连续系统的可控性与可观测性的概念

7.3.2线性连续系统的可控性判据

7.3.3线性定常连续系统的可观测性判据

7.3.4通过线性变换将单输入系统化为可控标准型和可观测标准型

7.3.5对偶原理

7.3.6传递函数矩阵与可控性、可观测性的关系

7.4线性定常系统的状态反馈和极点配置

7.4.1状态反馈和输出反馈

7.4.2状态反馈进行极点的任意配置

本章小结

习题

参考文献

　　本书主要介绍自动控制理论的基本概念、基本原理和基本分析方法，全书共分7章。第1章给出了控制理论和控制系统的基本概念、定义、一般要求和控制理论的发展过程；第2章主要介绍线性系统数学模型的建立，模型的表示方法；第3章对线性系统时域分析的基本方法进行了阐述，主要讨论了系统稳定性、瞬态性能和稳态性能分析，以及二阶系统性能指标和计算方法；第4章介绍线性系统频率特性的概念和频域分析方法，频率特性的图形表示以及频域指标的计算；第5章介绍线性系统校正的原理和方法，着重讨论了PID控制器的设计及其在系统校正中的作用；第6章讨论了离散系统的基本理论和分析方法；第7章介绍了现代控制理论的有关内容，主要包括状态空间模型的建立、系统的能控性和能观性等。　　本书介绍了自动控制原理的基本概念和方法，包括经典控制理论和现代控制理论的主要内容，适合作为信息学科本科学生平台课程教材和非自动控制专业理工科学生的教材。全书共分7章，第1章绪论，引入控制系统的基本概念、定义、术语；第2章控制系统的数学模型，介绍连续系统的时域模型、复域模型、状态空间描述；第3章线性系统的时域分析，对系统动态性能、稳态性能和稳定性进行分析的方法作了详细的讨论；第4章线性系统的频域分析，介绍线性系统的频率特性和频域分析方法；第5章线性系统的校正，介绍线性系统校正的原理和方法，着重讨论了PID控制器的设计及其在系统校正中的作用。第6章采样系统分析，介绍了z变换、脉冲传递函数以及离散系统的分析方法；第7章状态空间分析设计，讨论了线性定常系统的状态空间分析和基本设计方法，各学校可根据专业需要，选择有关章节组织教学。　　本书的特点是内容精炼，重点突出，强调基本概念、基本原理的掌握与应用，特别适合少学时数自动控制原理教学的要求。