自动控制理论及工程应用

目 录第1章 自动控制的基本概念11．1 概述11．2 反馈控制的概念及特点11．3 典型自动控制系统的组成及工作原理21．4 自动控制系统的性能要求4第2章 数学基础――拉普拉斯变换52．1 拉氏变换的基本概念52．2 拉氏变换的主要运算定理92．3 拉氏变换应用举例14第3章 控制系统的数学模型203．1 微分方程模型203．2 传递函数模型253．3 结构框图模型313．3．1 结构框图的基本概念313．3．2 结构框图的等效变换323．4 控制系统数学模型参数的实验确定353．4．1 引言353．4．2 简单二阶系统阶跃响应363．4．3 一种新的辨识方法413．5 状态空间模型473．5．1 引言473．5．2 状态与状态空间的概念483．5．3 状态与状态空间的概念系统的状态空间描述483．5．4 线性系统的状态空间表达式533．5．5 状态方程的线性变换54第4章 控制系统的运动响应分析574．1 典型输入一阶系统的运动响应分析574．2 典型输入二阶系统的运动响应分析584．3 高阶系统的运动响应分析624．4 控制系统的频率特性634．4．1 对数频率特性（Bode图）634．4．2 幅相频率特性（Nyquist图）70第5章 控制系统的运动性能分析745．1 控制系统的运动性能分析745．1．1 稳定的充要条件745．1．2 稳定性分析判据755．1．3 稳定裕度785．1．4 稳定裕度的计算795．2 控制系统的稳态性能（控制精度）分析805．2．1 稳态误差的定义805．2．2 稳态误差的分析与计算815．2．3 稳态误差的影响因素（减小稳态误差的方法）85小结865．3 控制系统的暂态性能（响应速度）分析875．3．1 暂态性能指标875．3．2 一阶系统的性能指标计算885．3．3 二阶欠阻尼系统的性能指标计算88第6章 控制系统的校正916．1 校正装置916．1．1 超前校正网络及其特性916．1．2 滞后校正网络及其特性936．1．3 滞后-超前校正网络及其特性956．2 串联PID校正（基于频域方法）966．2．1 比例微分（PD）控制976．2．2 比例积分（PI）控制976．2．3 比例积分微分（PID）控制976．3 反馈校正1006．4 反馈和前馈复合校正100第7章 控制系统综合应用实例1027．1 概述1027．2 实验设备1027．3 模型辨识1037．3．1 滚筒系统的传递函数1037．3．2 带滚筒系统的传递函数1067．4 补偿控制器设计与实现1107．4．1 积分控制1117．4．2 比例-积分控制114第8章 控制系统的计算机辅助分析与设计1158．1 MATLAB简介1158．1．1 操作界面介绍1168．1．2 帮助系统1178．1．3 工具箱1198．2 MATLAB基本使用方法1208．2．1 基本要素1208．2．2 应用基础1228．2．3 数值运算1268．2．4 符号运算1308．2．5 图形表达功能1348．2．6 程序设计基础1428．3 基于MATLAB控制系统的数学模型分析1458．3．1 数学模型的建立1458．3．2 数学模型的转换1538．3．3 数学模型的连接1588．4 基于MATLAB控制系统的运动响应分析1608．4．1 零输入响应分析1608．4．2 脉冲输入响应分析1628．4．3 阶跃输入响应分析1638．4．4 任意输入响应分析1658．4．5 根轨迹分析方法1678．4．6 控制系统的频率特性1708．5 基于MATLAB控制系统的运动性能分析1748．5．1 控制系统的稳定性分析1748．5．2 控制系统的稳态性能分析1798．5．3 控制系统的动态性能分析1808．6 基于Simulink控制系统的建模与仿真1828．6．1 Simulink模块库1828．6．2 Simulink的基本操作1918．6．3 Simulink建模与仿真1928．7 基于MATLAB控制系统的校正1978．7．1 PID控制器1978．7．2 超前校正2008．7．3 滞后校正2028．7．4 SISO设计工具204第9章 三自由度直升机系统半实物仿真与实时控制2129．1 Quanser三自由度直升机的系统结构和数学模型2129．2 PID控制器设计2159．3 数值仿真2169．4 半实物仿真与实时控制2219．4．1 半实物仿真系统2219．4．2 主动干扰系统（Active Disturbance System，ADS）2229．4．3 含主动干扰系统（ADS）2259．5 半实物仿真实验结果2309．5．1 主动干扰系统（ADS）2309．5．2 含主动干扰系统（ADS）232参考文献236

本书在介绍自动控制理论和基于MATLAB的控制系统仿真技术基础上，结合三自由度直升机控制系统的建模、仿真、控制和硬件在回路（HIL）实验，系统地介绍控制理论与MATLAB实时控制技术在控制系统实例中的应用。主要内容包括：自动控制的基本概念、数学基础、控制系统的数学模型、控制系统的运动响应分析、控制系统的运动性能分析、控制系统的校正、控制系统综合应用实例、控制系统的计算机辅助分析与设计、三自由度直升机系统半实物仿真与实时控制等。本书提供电子课件、习题参考答案和仿真程序源代码。【作者简介】张聚，浙江工业大学信息工程学院教授。持国家自然科学基金项目1项，浙江省自然科学基金项目1项，浙江省教育厅科研项目1项，并参与完成多项国家自然科学基金项目，国家863项目和浙江省重大、重点科研项目。