自动控制原理

第1章绪论

1.1历史的回顾

1.2自动控制系统的基本概念

1.3自动控制系统的基本类型

1.3.1开环、闭环与复合控制系统

1.3.2连续系统与离散系统

1.3.3线性系统与非线性系统

1.3.4定常控制系统与时变控制系统

1.3.5恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统

1.4控制系统示例

1.4.1机床导轨的伺服控制系统

1.4.2机床导轨的伺服控制系统的基本原理

1.5对控制系统性能的基本要求

1.6本书内容的安排

本章小结

习题

第2章控制系统的数学模型

2.1系统的数学模型的概念与建立方法

2.2控制系统的时域数学模型

2.2.1系统的微分方程描述

2.2.2机床导轨的伺服控制系统的运动描述

2.2.3非线性微分方程的线性化

2.3传递函数

2.3.1传递函数的定义

2.3.2传递函数的表达形式

2.3.3典型环节的传递函数

2.3.4机床导轨的伺服控制系统的传递函数

2.4结构图

2.4.1结构图的建立

2.4.2机床导轨的伺服控制系统结构图

2.4.3结构图的等效变换

2.5信号流图

2.5.1信号流图的定义

2.5.2信号流图的常用术语

2.5.3系统的信号流图及绘制方法

2.5.4信号流图的变换法则与简化

2.5.5梅森公式

2.6反馈控制系统的传递函数

2.7MATLAB软件介绍及Simulink系统建模方法

2.7.1MATLAB软件介绍

2.7.2控制系统数学模型的种类

2.8用MATLAB求机床导轨的伺服控制系统的传递函数

本章小结

习题

第3章时域法

3.1引言

3.2控制系统的时域响应

3.3时域性能指标

3.3.1典型输入信号

3.3.2动态性能指标

3.3.3稳态性能指标

3.4时域分析法

3.4.1稳定性分析

3.4.2动态特性分析

3.4.3稳态特性分析

3.5线性系统的基本控制规律

3.5.1控制器的基本控制律——PID控制

3.5.2控制器控制律的实现

3.6时域法的应用

3.6.1机床导轨伺服控制系统的理论分析

3.6.2机床导轨伺服控制系统的Simulink分析

3.6.3PID调节器的设计实例

本章小结

习题

第4章根轨迹法

4.1引言

4.2根轨迹法的基本概念

4.2.1根轨迹方程

4.2.2根轨迹方程的几何意义

4.3绘制根轨迹的基本规则

4.4广义根轨迹

4.4.1参数根轨迹

4.4.2零度根轨迹

4.5根轨迹的分析法

4.5.1由根轨迹确定系统的闭环极点

4.5.2用主导极点来估算系统的性能

4.5.3利用MATLAB软件绘制根轨迹法

4.6根轨迹的综合法

4.6.1根轨迹形状的改变

4.6.2串联校正

4.7根轨迹法的应用

4.7.1利用MATLAB绘制实际系统的根轨迹

4.7.2根轨迹综合法的应用

本章小结

习题

第5章频域法

5.1引言

5.2频率特性

5.2.1频率特性的基本概念

5.2.2频率特性的求取

5.2.3频率特性的图示方法

5.3系统的开环频率特性

5.3.1典型环节的频率特性

5.3.2开环频率特性的绘制

5.3.3由伯德图确定传递函数

5.3.4频率特性的实验确定法

5.4系统的闭环频率特性

5.4.1单位反馈系统的闭环频率特性

5.4.2等M圆图与等N圆图

5.4.3尼科尔斯图

5.4.4闭环频域指标

5.5频率响应分析法

5.5.1稳定性分析

5.5.2稳态特性和动态特性分析

5.5.3应用MATLAB进行频域分析

5.6频率响应综合法

5.6.1串联校正

5.6.2反馈校正

5.7频域法的应用

5.7.1频域法的实例分析

5.7.2串联校正分析法的应用

本章小结

习题

……

第6章离散控制系统

第7章线性系统的状态空间分析方法

第8章线性系统的状态空间综合法

第9章非线性系统的分析

附录A拉普拉斯变换与反变换

附录B机床导轨的伺服控制系统实验平台

参考文献

本书系统、全面地介绍了自动控制的基础理论与应用。全书共9章，主要内容有： 自动控制系统的基本概念和结构、微分方程、传递函数、结构图模型、连续系统时域分析、复域分析与校正、频域分析方法与校正、离散控制基础、状态空间分析和设计方法、非线性控制理论等。本书以经典控制、现代控制理论为主，兼顾理论联系实际，并给出一些工程应用内容。各章均给出了相应的习题，并给出了部分实验实例。为配合国家卓越工程师的培养目标，突出控制理论的工程实践指导性，本书在进行理论内容讲解的基础上，引入实际的机床导轨伺服控制系统实验平台，分章逐步地对该系统进行分析与设计，大大强化了本书的理论与工程实践的结合性。本书可作为高等院校“卓越工程师培养计划”的本科教材，也可作为高等院校和职业技术学院的自动化、电气工程自动化、机械工程及其自动化、仪器仪表、电子、通信、机电一体化等本、专科专业的相关课程的教材，还可作为广大从事自动控制系统设计的技术人员的参考手册。

《自动控制原理》可作为高等院校“卓越工程师培养计划”的本科教材，也可作为高等院校和职业技术学院的自动化、电气工程自动化、机械工程及其自动化、仪器仪表、电子、通信、机电一体化等本、专科专业的相关课程的教材，还可作为广大从事自动控制系统设计的技术人员的参考手册。