自动控制原理

第1章 自动控制系统导论

1.1 引言

1.1.1 自动控制概念

1.1.2 自动控制技术应用

1.1.3 自动控制系统的基本控制方式

1.2 反馈控制原理与示例

1.2.1 反馈控制原理

1.2.2 开环控制与反馈控制系统示例

1.2.3 反馈控制系统的基本组成

1.3 自动控制发展简史

1.4 自动控制系统的分类

1.4.1 线性连续控制系统

1.4.2 线性定常离散控制系统

1.4.3 非线性控制系统

1.5 对自动控制系统的基本要求

1.5.1 基本要求

1.5.2 典型外作用

1.6 控制系统设计概述及设计实例

1.6.1 控制系统设计概论

1.6.2 设计示例1：胰岛素注射控制系统

1.6.3 设计示例2：磁盘驱动读取系统

习题1

第2章 自动控制系统的数学模型

2.1 引言

2.2 自动控制系统时域数学模型的建立

2.2.1 自动控制元件运动方程的建立

2.2.2 线性系统的基本特性

2.2.3 运动的模态

2.3 数学模型的线性化

2.4 传递函数

2.4.1 传递函数的定义和性质

2.4.2 传递函数的极点与零点

2.5 典型环节——传递函数的基本因子

2.5.1 比例环节

2.5.2 一阶惯性环节

2.5.3 理想微分环节

2.5.4 积分环节

2.5.5 二阶振荡环节

2.6 结构图及其等效变换

2.6.1 结构图的基本概念

2.6.2 结构图的绘制

2.6.3 结构图等效变换

2.7 信号流图及梅森增益公式

2.7.1 信号流图的基本概念

2.7.2 梅森增益公式

2.7.3 信号流图的绘制

2.8 开环传递函数与闭环传递函数

2.8.1 开环传递函数

2.8.2 闭环传递函数

2.9 设计示例：磁盘驱动读取系统

2.10 控制系统在MATLAB中的描述及部分分式展开

2.10.1 控制系统在MATLAB中的描述

2.10.2 部分分式展开

习题2

第3章 自动控制系统的时域分析

3.1 引言

3.2 线性系统的稳定性分析

3.2.1 稳定性定义

3.2.2 系统稳定的充分必要条件

3.3 劳斯稳定性判据

3.3.1 劳斯稳定性判据

3.3.2 应用劳斯判据确定系统参数

3.4 过渡过程的基本概念

3.4.1 过渡过程定义

3.4.2 单位阶跃响应及其性能指标

3.5 一阶系统的时域分析

3.5.1 一阶系统的单位阶跃响应

3.5.2 一阶系统的单位脉冲响应

3.5.3 一阶系统的单位斜坡响应

3.5.4 一阶系统的单位加速度响应

3.6 典型二阶系统的时域分析

3.6.1 二阶系统的数学模型

3.6.2 二阶系统的单位阶跃响应

3.6.3 二阶系统的瞬态响应指标

3.7 第三个极点和零点对二阶系统响应的影响

3.7.1 第三个极点对二阶系统响应的影响

3.7.2 附加零点对典型二阶系统单位阶跃响应的影响

3.7.3 小结

3.8 高阶系统的单位阶跃响应

3.8.1 单位阶跃响应表达式

3.8.2 主导极点和等效二阶系统

3.9 线性系统的稳态误差分析

3.9.1 引言

3.9.2 误差与稳态误差

3.9.3 三种标准测试输入信号下的稳态误差

3.9.4 动态误差系数

3.9.5 扰动作用下的稳态误差

3.9.6 减小或消除稳态误差的措施

3.10 设计实例

3.10.1 磁盘驱动读取系统

3.10.2 磁盘驱动读取系统（续）

3.10.3 英吉利海峡海底隧道钻机

3.10.4 火星漫游车转向控制

3.11 用MATLAB进行系统的时域分析

习题3

第4章 根轨迹法

4.1 引言

4.2 根轨迹的基本概念

4.2.1 二阶系统的根轨迹

4.2.2 辐角条件和幅值条件

4.3 根轨迹绘制的基本法则

4.4 根轨迹草图绘制举例

4.5 参量根轨迹

4.6 增加极点或零点对根轨迹的影响

4.7 设计实例

4.8 应用MATLAB绘制分析根轨迹

习题4

第5章 频域分析法

5.1 引言

5.2 频率特性的基本概念

5.2.1 频率特性的基本概念

5.2.2 频率特性的几何表示法

5.3 典型环节的频率特性

5.3.1 比例环节的频率特性

5.3.2 积分环节的频率特性

5.3.3 微分环节的频率特性

5.3.4 惯性环节的频率特性

5.3.5 一阶微分环节的频率特性

5.3.6 振荡环节的频率特性

5.3.7 不稳定惯性环节的频率特性

5.3.8 延时环节的频率特性

5.4 开环系统的频率特性

5.4.1 最小相位与非最小相位系统

5.4.2 开环幅相频率特性作图法

5.4.3 开环系统的对数频率特性曲线

5.4.4 传递函数的频域实验确定

5.5 奈奎斯特稳定性判据

5.5.1 引言

5.5.2 辐角原理

5.5.3 奈奎斯特稳定性判据

5.5.4 开环系统含有积分环节时奈氏判据的推广

5.5.5 对数频率稳定性判据

5.6 稳定裕度

5.7 控制系统频率特性与过渡过程的关系

5.7.1 控制系统的频带宽度

5.7.2 二阶闭环系统的频域指标与时域指标的关系

5.7.3 开环频域指标和时域指标的关系

5.7.4 闭环系统频域指标和开环频域指标的转换

5.8 设计实例

5.9 控制系统频域响应分析中的MATLAB指令

5.9.1 频率响应的计算方法

5.9.2 频率响应曲线绘制

习题5

第6章 控制系统校正

6.1 引言

6.1.1 控制系统校正的基本概念

6.1.2 控制系统设计方法

6.2 频率法校正的基本概念

6.2.1 频率法校正原理

6.2.2 系统频域指标

6.2.3 期望的开环频率特性

6.3 常用校正装置及其特性

6.3.1 无源超前网络

6.3.2 无源滞后网络

6.3.3 无源滞后-超前网络

6.4 串联校正

6.4.1 串联超前校正

6.4.2 串联滞后校正

6.4.3 串联滞后-超前校正

6.4.4 基于综合法的串联滞后-超前校正

6.5 标准传递函数法

6.5.1 按ITAE准则确定标准传递函数

6.5.2 按巴特沃斯滤波器确定标准传递函数

6.5.3 最小节拍响应确定标准传递函数

6.5.４ 标准传递函数法综合串联校正装置举例

6.6 反馈校正

6.6.1 反馈校正的一般特性

6.6.2 比例反馈包围惯性环节

6.6.3 微分反馈包围积分环节

……

《电气工程、自动化专业规划教材·普通高等教育“十二五”规划教材：自动控制原理》比较全面系统地阐述了自动控制原理的基本理论和应用。《电气工程、自动化专业规划教材·普通高等教育“十二五”规划教材：自动控制原理》分8章。第1章深入浅出地讲述了自动控制的基本概念和发展历史；第2章介绍了线性连续控制系统在时域和复域中的数学模型及其结构图和信号流图；第3～5章分别讲述了线性连续控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法；第6章比较全面地阐述了线性连续控制系统的几种典型校正方法；第7章主要讲述了一种非线性连续系统分析方法——描述函数法；第8章重点介绍了离散系统的数学模型与稳定性分析。

《电气工程、自动化专业规划教材·普通高等教育“十二五”规划教材：自动控制原理》可作为高等工科院校自动化、电气工程与自动化、测控技术与仪器、机械电子工程、探测制导与控制技术、飞行器设计与工程、航天运输与控制等专业的本科生教材，也可供从事自动控制类的各专业工程技术人员自学参考。