自动控制原理

第1章绪论

电子与电气学科世界著名学者——瓦特

1.1引言

1.2自动控制的定义和历史回顾

1.3自动控制系统举例及术语定义

1.3.1液位控制系统

1.3.2温度控制系统

1.3.3自动控制系统术语定义

1.4自动控制系统的基本控制方式

1.4.1开环控制

1.4.2闭环控制

1.4.3复合控制

1.5自动控制系统分类

1.5.1按系统特性方程分

1.5.2按参考输入信号的变化规律分

1.5.3按控制系统输入量和输出量的数量分

1.5.4按控制原理分

1.6自动控制系统的基本要求

1.7自动控制原理课程的性质和内容

1.8小结

关键术语和概念

拓展您的事业——电子学科

习题

第2章控制系统的数学模型

电子与电气学科世界著名学者——麦克斯韦

2.1引言

2.2控制系统的时域数学模型

2.2.1微分方程与状态变量数学模型

2.2.2线性定常微分方程的解

2.2.3非线性系统的线性化

2.2.4运动的模态

2.3控制系统的复数域数学模型

2.3.1传递函数的定义和性质

2.3.2传递函数的零点和极点

2.3.3传递函数用于分析控制系统性能

2.3.4传递函数数学模型建立举例

2.4控制系统的方框图与信号流图

2.4.1控制系统的方框图

2.4.2方框图的等效变换和简化

2.4.3信号流图

2.4.4多输入系统的传递函数

2.5输入输出模型与状态变量模型之间的关系

2.5.1由输入输出模型转换为状态变量模型

2.5.2由状态变量模型转换为输入输出模型

2.5.3线性定常系统在坐标变换下的特性

2.6数学模型的实验测定法

2.6.1数学模型实验测定的主要方法

2.6.2数学模型的工程辨识

2.7MATLAB用于控制系统模型建立与仿真

2.8小结

关键术语和概念

拓展您的事业——电气工程学科

习题

第3章控制系统时域分析

电子与电气学科世界著名学者——维纳

3.1引言

3.1.1典型输入信号

3.1.2时域性能指标

3.2控制系统时域分析

3.2.1一阶系统的时域分析

3.2.2典型二阶系统的时域分析

3.2.3高阶系统的时域分析

3.2.4MATLAB分析控制系统时域响应

3.3线性定常系统的稳定性分析

3.3.1稳定性定义及线性定常系统稳定的充分必要条件

3.3.2劳斯稳定判据

3.3.3劳斯稳定判据的应用

3.4控制系统的稳态误差分析

3.4.1误差定义及稳态误差

3.4.2稳态误差的计算

3.4.3扰动作用下的稳态误差

3.4.4减小或消除稳态误差的措施

3.5小结

关键术语和概念

拓展您的事业——自动化学科

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第4章根轨迹技术

电子与电气学科世界著名学者——伊文思

4.1引言

4.1.1根轨迹的基本概念

4.1.2根轨迹方程

4.2根轨迹绘制的基本法则

4.3广义根轨迹

4.3.1参数根轨迹

4.3.2正反馈或非最小相位系统的根轨迹

4.4时滞系统的根轨迹

4.5根轨迹法在控制系统中的应用

4.6小结

关键术语和概念

拓展您的事业——计算机学科

习题

第5章线性定常系统的频域分析法

电子与电气学科世界著名学者——奈奎斯特

5.1引言

5.1.1频率特性的基本概念与定义

5.1.2频率特性的几何表示法

5.2典型环节频率特性曲线的绘制

5.3系统的开环频率特性

5.3.1开环幅相频率特性曲线的绘制

5.3.2开环对数频率特性曲线

5.3.3传递函数的频域实验确定

5.4线性定常系统频率域稳定判据

5.4.1奈奎斯特稳定判据的数学基础

5.4.2奈奎斯特稳定判据

5.4.3对数频率特性稳定判据

5.5相对稳定性——稳定裕度

5.6闭环系统的频域响应

5.6.1闭环系统的频域性能指标

5.6.2典型二阶系统的Mr、ωr和带宽BW

5.6.3确定闭环频率特性的图解法——尼科尔斯图

5.6.4频域指标和时域指标的转换

5.7MATLAB在系统频域分析中的应用

5.8小结

关键术语和概念

拓展您的事业——通信系统学科

习题

第6章控制系统的校正设计

电子与电气学科世界著名学者——伯德

6.1引言

6.1.1控制系统的分析与设计问题

6.1.2不同校正方法的性能指标

6.1.3基本校正方式

6.2控制（校正）器的基本控制规律

6.2.1比例（P）控制规律

6.2.2积分（I）控制规律

6.2.3比例一积分（PI）控制规律

6.2.4比例一微分（PD）控制规律

6.2.5比例一积分一微分（PID）控制规律

6.2.6局部速度反馈控制规律

6.3常用校正装置及特性

6.3.1无源校正电路

6.3.2自动化仪表中的PID控制器

6.4根轨迹法在控制系统校正设计中的应用

6.4.1串联超前校正

6.4.2串联滞后校正

6.4.3串联PID校正

6.4.4局部反馈校正

6.5伯德图频域法在控制系统校正设计中的应用

6.5.1串联超前校正

6.5.2串联滞后校正

6.5.3滞后—超前校正

6.5.4串联校正的预期开环频率特性设计

6.6工业过程控制中PID调节器参数的工程整定

6.6.1飞升曲线法

6.6.2临界比例度法

6.7复合校正控制系统设计

6.7.1按扰动补偿的复合控制

6.7.2按输入补偿的复合控制

6.8实用的PID控制器结构与鲁棒控制问题

6.8.1理想的PID控制器

6.8.2一类实用的PID控制器

6.8.3二自由度PID控制问题

6.8.4鲁棒控制系统的设计

6.9MATLAB在控制系统设计中的应用

6.9.1MATLAB与频域法用于控制系统设计

6.9.2MATLAB与根轨迹法用于控制系统设计

6.10小结

关键术语和概念

拓展您的事业——电子仪器学科

习题

……

第7章状态变量系统分析与设计

第8章非线性系统

第9章数字控制系统

第10章自动控制系统的设计实例

自动控制原理是高等院校理工科学生的核心课程之一，本书主要讲述自动控制系统理论及其应用，系统介绍自动控制的基本概念、基本理论、系统的分析与设计方法。全书共10章。第1章主要讲述自动控制系统的一些基本概论；第2章为控制系统的数学模型； 包括状态变量模型；第3章为控制系统时域分析；第4章为线性系统的根轨迹技术；第5章为线性定常系统的频域分析法；第6章为控制系统的校正设计；第7章为状态变量系统分析与设计；第8章为非线性系统，主要是相平面和描述函数法；第9章为数字控制系统；第10章为自动控制系统的设计实例，主要是以温度控制和倒立摆控制系统为例进行控制系统的设计实现。本书始终以培养应用研究和创新性人才为主线，通过全书的一系列新颖且充满挑战性的问题，在问题答案的寻找过程中，使学生充分体会到发现的乐趣。体现以人为本的思想，每章第一页介绍一位与信息自动化学科有关的国际知名学者的简历，每章最后一页简单介绍信息学科某一个专业的主要概况、内容及职业方向，引导学生了解信息学科各专业的培养目标及相互联系。本书可作为高等学校电类、信息自动化大类各专业，机械、化工、航空航天等非电类相关专业本科生的教材，亦可供有关工程技术人员再学习时参考。

《自动控制原理（第2版）/高等院校电子信息与电气学科特色教材》特色：
1本书的一个重要特征就是贯穿全书的一系列新奇而充满挑战性的实际控制问题，通过这些问题，使学生在解题的过程中充分体会发现的乐趣。
2 从工程实例出发引入重要的概念和方法，基础知识概念定义叙述清晰，例题选取丰富有代表性，便于学生全面掌握自动控制系统的关键术语和主要内容，激发学生对学习本学科专业基础课程的积极性。
3 采用“数学模型统一描述，工程研究方法分开”的写作手法，突出自动控制系统的工程背景，强调理论与实际的有机结合，使学生有较好的学习效果。
4 对面向应用型的学生，本书重点培养学生掌握自动控制系统的基本概念、控制系统的基本组成、控制系统工程问题分析与设计的一般解决方案及仿真技术的应用，例如；PID控制系统分析与设计、PID参数的整定方法以及PID参数的自整定技术、复合控制、数字控制技术等。面向研究型的学生，本书重点培养学生对实际系统科学研究问题的来龙去脉过程的学习、控制系统的分析与设计方法研究以及需要学生进一步探索的研究性问题，例如状态变量系统、鲁棒控制、时滞系统的稳定性与控制、非线性系统理论、优化控制理论等问题。培养学生热爱科学、探索科学的兴趣。
5 引入MATLAB软件研究控制系统的方法，许多例子既保留了传统绘制某些有价值的手工概略图、分析概念性问题的方法，又采用MATLAB仿真技术进行对比。大多数例子还附有MATLAB源程序，便于学生课后练习。
6 注重培养学生对本学科专业的学习兴趣。每章首页介绍一位与电子信息和电气学科有关的国际知名学者。为了正确引导学生全面了解信息学科各专业的培养目标及相互联系，每章最后简单介绍某一个专业学习内容及职业方向。