自动控制原理

第1章 绪论

1.1 控制系统的基本概念

1.1.1 开环控制系统

1.1.2 闭环控制系统

1.2 控制系统的工程应用

1.2.1 温度控制系统

1.2.2 硬磁盘中的磁头位置控制系统

1.2.3 火电厂电能生产综合控制系统

1.3 控制理论发展的简要回顾

1.4 控制系统的分析和设计

小结

习题一

第2章 控制系统的数学模型

2.1 线性动态系统

2.1.1 线性系统的叠加性和齐次性

2.1.2 物理系统的线性近似

2.2 传递函数与系统结构图

2.2.1 传递函数

2.2.2 传递函数结构图

2.2.3 典型环节的传递函数

2.2.4 结构图的变换

2.2.5 闭环控制系统的基本结构

2.3 信号流图及Mason公式

2.3.1 信号流图

2.3.2 Mason公式

2.4 状态空间模型

2.4.1 状态变量

2.4.2 状态空间方程

2.4.3 线性变换

2.5 传递函数与状态空间方程的转换

2.5.1 由状态空间方程到传递函数

2.5.2 传递函数不变性

2.5.3 由传递函数到状态空间方程

2.6 状态图

2.7 利用传递函数求解响应

2.8 状态方程求解

小结

习题二

第3章 控制系统的时域分析

3.1 系统的稳定性

3.1.1 Liapunov稳定

3.1.2 渐近稳定

3.1.3 BIBO稳定

3.2 Routh稳定判据

3.2.1 稳定判据

3.2.2 两种特例的处理

3.2.3 Routh判据的应用

3.3 稳态性能

3.3.1 测试输入信号

3.3.2 稳态误差的定义

3.3.3 稳态误差计算

3.3.4 干扰信号

3.3.5 灵敏度分析

3.4 动态响应

3.4.1 动态性能指标

3.4.2 一阶系统

3.4.3 二阶系统

3.4.4 高阶系统

3.4.5 高阶系统的简化

3.5 根轨迹法

3.5.1 根轨迹的概念

3.5.2 绘制根轨迹的条件

3.5.3 根轨迹绘制的规则

3.5.4 根轨迹的参数设计

3.5.5 添加零-极点对根轨迹的影响

小结

习题三

第4章 控制系统的频域分析

4.1 系统的频率特性

4.2 Nyquist稳定判据

4.2.1 Cauchy辐角原理

4.2.2 Nyquist围线和Nyquist图

4.2.3 Nyquist稳定判据

4.2.4 绘制Nyquist图和应用稳定判据的示例

4.2.5 S右半平面的映射域与稳定性

4.3 对数频率特性法

4.3.1 典型环节的Bode图

4.3.2 系统Bode图的合成

4.3.3 对数幅频特性渐近线分段作图法

4.3.4 相频特性草图分段作图法

4.3.5 最小相位系统

4.4 稳定裕量

4.4.1 幅值裕量和相角裕量

4.4.2 稳定裕量与稳定性

4.4.3 幅值裕量和相角裕量计算示例

4.4.4 最小相位系统的幅频特性

4.5 闭环频率特性和带宽

小结

习题四

第5章 反馈控制系统设计

5.1 系统设计方法

5.1.1 性能指标

5.1.2 校正装置

5.2 串联校正网络

5.2.1 PID校正

5.2.2 超前校正

5.2.3 滞后校正

5.2.4 滞后超前校正

5.3 用根轨迹法设计校正网络

5.3.1 时域性能和期望极点

5.3.2 串联超前校正

5.3.3 串联滞后校正

5.4 用对数频率特性法设计校正网络

5.4.1 频域指标和期望频率特性

5.4.2 串联超前校正

5.4.3 串联滞后校正

5.4.4 串联滞后超前校正

小结

习题五

第6章 状态变量反馈控制系统

6.1 能控性

6.1.1 能控性的定义

6.1.2 能控性判据

6.1.3 线性变换不改变能控性

6.1.4 能控标准型（SISO系统）

6.2 能观性

6.2.1 能观性的定义

6.2.2 能观性判据

6.3 能控性能观性与传递函数的零-极点对消

6.4 系统的能控性和能观性分解

6.5 状态反馈与极点配置

6.6 状态观测器

6.7 带观测器的状态反馈控制系统

小结

习题六

第7章 数字控制系统

7.1 信号采样和保持

7.1.1 采样器

7.1.2 零阶保持器

7.2 Z变换

7.2.1 Z变换定义

7.2.2 Z变换的性质

7.2.3 Z反变换

7.3 离散控制系统数学模型

7.3.1 差分方程

7.3.2 脉冲传递函数

7.3.3 离散状态空间方程

7.3.4 连续系统传递函数的离散化

7.3.5 连续状态空间方程的离散化

7.4 离散控制系统性能分析

7.4.1 离散控制系统的稳定性

7.4.2 离散控制系统的稳态误差

7.4.3 离散系统动态响应

7.4.4 离散状态空间模型的能控性与能观性

7.5 数字控制器的设计

7.5.1 模拟化设计方法

7.5.2 数字化设计方法

7.5.3 状态反馈极点配置设计法

小结

习题七

附录A MATLA B及控制系统工具箱简介

A.1 简介

A.2 数学模型的输入方法

A.2.1 状态方程

A.2.2 传递函数

A.2.3 由开环传递函数求闭环传递函数

A.3 控制系统分析用函数

A.3.1 经典控制论的几个基本分析函数

A.3.2 系统分析和仿真的例题

A.4 SISO系统设计工具

附录B 能控性和能观性证明

B.1 能控性判据

B.2 能控标准型

B.3 能观性判据

附录C 拉普拉斯变换对

参考文献

自动控制原理是各工科专业的一门重要的技术基础课，是学习和掌握控制理论与自动化技术的基础课程。
《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·电气工程及自动化专业精品教材：自动控制原理（第2版）》介绍经典控制理论和现代控制理论的基础知识，包括控制系统数学模型建立、变换和求解，系统的稳定概念和判据，控制系统的稳态误差和动态性能分析及计算，根轨迹分析方法，对数频率特性分析方法，经典控制论的系统设计方法，系统的能控性和能观性，状态反馈和状态观测器，Z变换和Z反变换，计算机控制系统的分析方法和设计等。《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·电气工程及自动化专业精品教材：自动控制原理（第2版）》附录还介绍几个MATLAB控制系统仿真软件包的使用方法，可以对《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·电气工程及自动化专业精品教材：自动控制原理（第2版）》中例题和习题中的各系统进行计算机仿真分析。《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·电气工程及自动化专业精品教材：自动控制原理（第2版）》可以作为普通高等院校和成人高等学校的自动化、电气工程、机械、冶金、热工、化工、轻工等各专业的教材或参考书，亦可供有关科技人员学习参考。

归纳知识要点——将各章学习内容，提炼精髓，给出小结
同步学习辅导——针对书中各章习题，给出方法及解答过程
多媒体课件——将公式、图表及知识要点融为一体，辅导教学