自动控制理论

前言

第1章绪论

1．1引言

1．2自动控制理论的建立和发展

1．3自动控制系统的基本概念

1．3．1自动控制问题

1．3．2控制系统的基小术语

1．3．3自动控制系统的构成和要素

1．3．4开环控制与反馈控制的特点

1．3．5对控制系统的要求

1．3．6控制系统的分类

1．4自动控制理论的基本概念及主要内容

1．5小结

1．6习题

第2章动态系统模型

2．1引言

2．2系统的时域模型

2．2．1常微分方程模型

2．2．2非线性系统的局部线性化模型

2．2．3“黑箱”模型

2．3复频域模型与传递函数

2．3．1Laplace变换

2．3．2传递函数

2．3．3典型环节

2．3．4传递函数的两个标准式

2．4结构图及系统互联

2．4．1结构图

2．4．2系统互联结构

2．5信号流图及Mason增益公式

2．5．1信号流图

2．5．2Mason增益公式

2．6闭环系统的特性

2．7小结

2．8习题

第3章连续时间线性系统的时域分析

3．1典型输入信号及其Laplace变换

3．1．1阶跃函数

3．1．2斜坡函数

3．1．3抛物线函数

3．1．4脉冲函数

3．1．5正弦函数

3．2线性时不变系统的时域响应

3．2．1用线性微分方程理论分析

3．2．2用Laplace变换分析

3．3线性系统的稳定性

3．3．1稳定性的概念

3．3．2线性时不变系统稳定的条件

3．3．3Routh-Hurwitz判据

3．4控制系统的性能指标

3．4．1暂态性能

3．4．2稳态性能

3．5典型一阶系统

3．5．1单位阶跃响应

3．5．2单位斜坡响应

3．5．3单位加速度响应

3．6典型二阶系统

3．6．1二阶系统的数学模型

3．6．2系统的特征根与参量的关系

3．6．3单位阶跃响应

3．6．4单位斜坡响应

3．6．5改善二阶系统的性能

3．7高阶系统的响应

3．7．1高阶系统单位阶跃响应

3．7．2闭环主导极点

3．8线性系统的稳态性能

3．8．1基本概念

3．8．2系统类型与稳态误差的关系

3．8．3典型输入的系统稳态误差

3．8．4扰动稳态误差

3．9根轨迹法

3．9．1基本概念

3．9．2根轨迹的幅值条件及相角条件

3．9．3根轨迹的作图规则

3．9．4参数根轨迹

3．10小结

3．11习题

第4章线性控制系统的频域分析

4．1频率特性

4．1．1频率响应

4．1．2Fourier变换和广义频率特性

4．2频率特性曲线

4．2．1典型环节的频率特性曲线

4．2．2开环系统的频率特性曲线

4．3系统稳定性的环路分析

4．3．1环路分析

4．3．2相对稳定性与稳定裕度

4．4Nyquist稳定性判据及其应用

4．4．1幅角原理

4．4．2Nvquist稳定性判据

4．4．3Nyquist稳定性判据的应用

4．4．4模型扰动的稳定鲁棒性

4．5Bode图及其应用

4．5．1Bode图的概念

4．5．2典型环节的：Bode图

4．5．3复杂系统开环Bode图的渐近线描图法

4．5．4对数稳定判据

4．5．5Bode幅相关系式与最小相位系统

4．5．6稳定裕度的计算

4．6利用开环频率特性分析系统的性能

4．6．1低频渐近线与系统稳态误差的关系

4．6．2交越区的频率特性与系统动态性能的关系

4．6．3高频段频率特性对系统性能的影响

4．7闭环频域分析

4．7．1闭环频率特性

4．7．2用MATLAB程序求闭环频率特性

4．7．3闭环频率特性的几个特征量

4．7．4闭环频域指标

4．8小结

4．9习题

第5章线性控制系统的综合与校正

5．1引言

5．1．1校正方式

5．1．2校正目标

5．1．3校正的基本思路

5．1．4性能指标

5．2环路整形

5．3串联校正

5．3．1串联超前校正

5．3．2串联滞后校正

5．3．3串联滞后一超前校正

5．4复合校正

5．5局部反馈校正

5．6控制系统的动态性能约束

5．6．1过程输入信号幅值与模型摄动边界

5．6．2非最小相位系统的性能约束

5．6．3非最小相位系统的稳定补偿器的存在条件

5．7极点配置设计

5．8小结

5．9习题

第6章非线性控制系统分析

6．1非线性控制系统概述

6．1．1控制系统中的典型非线性特性

6．1．2非线性控制系统的特殊性

6．1．3非线性控制系统的分析方法

6．2相平面法

6．2．1相平向的基木概念

6．2．2绘制相平面图的等倾线法

6．2．3二阶线性系统的奇点和相轨变

6．2．4非线性系统的相甲面分析

6．2．5相平面法分析小结

6．3描述函数法

6．3．1描述函数的基小内容

6．3．2典型非线性特性的捕述函数

6．3．3非线性特性的合并

6．3．4用描述函数法分析非线性系统

6．4改善非线性系统性能的措施及运用非线性特性

6．4．1改善非线性系统性能的措施

6．4．2运用非线性特性

6．5小结

6．6小题

第7章离散控制系统的基本理论

7．1引言

7．2信号的采样与保持

7．2．1采样过程

7．2．2理想采样信号的数学描述

7．2．3采样定理及采样周期的选取

7．2．4信号的保持

7．3z变换理论

7．3．1z变换定义

7．3．2z变换的基本定理

7．3．3z变换的求法

7．3．4z反变换及其求法

7．4离散控制系统的数学描述

7．4．1差分方程与离散传递函数

7．4．2脉冲传递函数

7．5离散控制系统的分析

7．5．1s域到z域的映射

7．5．2离散控制系统的响应．

7．5．3离散控制系统的稳定性判据

7．5．4离散控制系统的暂态响应

7．5．5离散控制系统的稳态误差

7．6线性离散控制系统的校正

7．6．1最少拍控制

7．6．2有限拍控制

7．6．3离散PID控制

7．7小结

7．8习题

参考文献

　　本书以控制系统的稳定性为主线，围绕“动态、建模、互联和不确定性”4个重要概念展开。全书共7章，包括绪论、动态系统模型、连续时间线性系统的时域分析、线性控制系统的频域分析、线性控制系统的综合与校正、非线性控制系统分析、离散控制系统的基本理论。　　本书可作为高等院校自动化、电气工程与信息技术专业本科生的教材。　　本书基于系统的输入/输出响应，论述反馈控制原理及其改善系统动态过程和处理系统不确定性的方法。书中的许多内容体现了作者多年的教学成果。为适应信息时代的控制科学与工程的需要，本书在课程体系与内容上作了较大幅度的更新。全书以控制系统的稳定性为主线，围绕“动态、建模、互联和不确定性”4个重要概念展开。全书共7章，包括绪论、动态系统模型、连续时间线性系统的时域分析、线性控制系统的频域分析、线性控制系统的综合与校正、非线性控制系统分析、离散控制系统的基本理论。　　本书可作为高等院校自动化、电气工程与信息技术专业本科生的教材，也可作为理工科其他专业学习自动控制理论的本科生、研究生和科技人员的参考书。