自動控制原理

自動控制原理

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作者：田思慶、李艷輝 主編

出版日期：2015年7月 書號：978-7-122-22505-4

開本：16K　787×1092　1/16 裝幀：平 版次：1版1次 頁數：362頁

本書系統地介紹了自動控制理論的基本內容，著重於基本概念、基本理論和基本分析方法，內容包括控制系統概論、控制系統的數學模型、線性系統的時域分析法、線性系統的根軌跡法、線性系統的頻域分析法、線性系統的綜合與校正、非線性系統的分析、線性離散系統的分析、Matlab語言與自動控制系統設計。

本書可以作為高等院校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、計算機、電子信息工程、通信工程、生物醫學工程、機械工程、能源與動力工程等專業的教材或教學參考書，還可供從事控制工程的科技人員自學與參考。

第1章自動控制系統概論

1.1自動控制系統

1.2開環控制和閉環控制

1.2.1開環控制

1.2.2閉環控制

1.3控制系統的分類

1.3.1線性系統和非線性系統

1.3.2定常系統與時變系統

1.3.3連續系統與離散系統

1.3.4恆值系統、隨動系統和程序系統

1.3.5單輸入單輸出系統與多輸入多輸出系統

1.3.6確定性系統與不確定性系統

1.3.7集中參數系統與分佈參數系統

1.3.8幾種先進控制理論介紹

1.4控制系統的組成及對控制系統性能的要求

1.4.1控制系統的組成

1.4.2對控制系統的性能要求

1.5控制理論發展簡史

1.6本課程的特點與學習方法

小結

術語和概念

控制與電氣學科世界著名學者——麥克斯韋

習題

第2章控制系統的數學模型

2.1控制系統數學模型概述

2.1.1數學模型的定義

2.1.2數學模型的簡化性與分析準確性

2.1.3數學模型的分類

2.1.4控制系統的建模方法

2.2控制系統的時域數學模型

2.2.1控制系統微分方程的建立

2.2.2非線性微分方程的線性化

2.3數學基礎——拉普拉斯變換

2.3.1拉普拉斯變換的定義

2.3.2典型函數的拉氏變換

2.3.3拉氏變換的基本性質

2.3.4拉氏反變換

2.3.5應用拉氏變換解線性微分方程

2.4控制系統的復域數學模型

2.4.1傳遞函數

2.4.2典型環節的傳遞函數

2.4.3電氣網路的運算阻抗與傳遞函數

2.5控制系統的方框圖和傳遞函數

2.5.1方框圖的概念

2.5.2方框圖的基本變換

2.5.3反饋系統的傳遞函數

2.5.4方框圖的化簡及其傳遞函數

2.6信號流圖與梅森增益公式

2.6.1信號流圖

2.6.2梅森增益公式

2.7相似原理

小結

術語和概念

控制與電氣學科世界著名學者——維納

習題

第3章線性系統的時域分析法

3.1典型輸入信號及系統性能指標

3.1.1典型輸入信號

3.1.2系統時域性能指標

3.2一階系統的時域分析

3.2.1一階系統的數學模型

3.2.2一階系統的單位階躍響應

3.2.3一階系統的單位脈衝響應

3.2.4一階系統的單位斜坡響應

3.2.5三種響應之間的關係

3.3二階系統的時域分析

3.3.1二階系統的數學模型

3.3.2二階系統的單位階躍響應

3.3.3欠阻尼二階系統的動態性能指標

3.3.4二階系統的單位脈衝響應

3.3.5二階系統的單位斜坡響應

3.3.6非零初始條件下的二階系統響應

3.4高階系統的時域分析

3.4.1三階系統的單位階躍響應

3.4.2高階系統的單位階躍響應

3.4.3閉環主導極點

3.5改善控制系統動態性能的方法

3.5.1速度反饋

3.5.2添加零點對系統暫態特性的影響

3.6線性控制系統的穩定性分析

3.6.1穩定的概念

3.6.2線性系統穩定的充要條件

3.6.3勞斯穩定判據

3.6.4赫爾維茨穩定判據

3.7線性控制系統的穩態性能分析

3.7.1控制系統誤差與穩態誤差

3.7.2控制系統型別

3.7.3終值定理法求穩態誤差

3.7.4靜態誤差係數法求穩態誤差

3.7.5擾動信號作用下的穩態誤差

3.7.6動態誤差係數法求動態誤差

3.8減小或消除穩態誤差的方法

3.8.1增大開環放大倍數

3.8.2增加串聯積分環節

3.8.3複合控制

小結

術語和概念

控制與電氣學科世界著名學者——李雅普諾夫

習題

第4章線性系統的根軌跡法

4.1控制系統的根軌跡

4.2繪製180°根軌跡的基本規則

4.3廣義根軌跡

4.3.1參數根軌跡

4.3.20°根軌跡

4.4閉環零、極點分佈對系統性能的影響

4.4.1系統閉環零、極點分佈與階躍響應的關係

4.4.2根軌跡的穩定性和動態性能分析

4.4.3利用主導極點估算系統的性能指標

4.5添加開環零、極點對根軌跡的影響

4.5.1添加開環零點對根軌跡的影響

4.5.2添加開環極點對根軌跡的影響

4.5.3添加開環偶極子對根軌跡的影響

小結

術語和概念

控制與電氣學科世界著名學者——伊文思

習題

第5章線性系統的頻域分析法

5.1頻率特性的基本概念和表示方法

5.1.1頻率特性的定義

5.1.2頻率特性的幾何表示

5.2系統開環奈奎斯特圖的繪製

5.2.1典型環節

5.2.2最小相位環節奈奎斯特圖的繪製

5.2.3開環奈奎斯特圖的繪製

5.3系統開環對數頻率特性圖的繪製

5.3.1典型環節的對數頻率特性圖

5.3.2系統開環對數頻率特性圖的繪製

5.3.3系統的類型與對數幅頻特性曲線低頻漸近線斜率的對應關係

5.4最小相位系統

5.5傳遞函數的頻域實驗確定

5.6奈奎斯特穩定判據

5.6.1幅角定理

5.6.2奈奎斯特穩定性判據

5.6.3對數頻率穩定判據

5.7控制系統的相對穩定性

5.7.1相角裕度

5.7.2幅值裕度

5.8系統閉環頻率特性與時域性能指標的關係

5.8.1閉環頻率特性與頻域性能指標

5.8.2二階系統閉環頻域指標與時域指標的關係

5.9系統開環頻率特性與時域性能指標的關係

5.9.1開環幅頻特性“三頻段”與閉環系統性能的關係

5.9.2二階系統開環頻率特性與時域性能指標的關係

5.9.3高階系統頻率特性與時域性能指標的關係

小結

術語和概念

控制與電氣學科世界著名學者——奈奎斯特

習題

第6章線性系統的綜合與校正

6.1概述

6.1.1系統校正的一般概念

6.1.2校正方式

6.1.3校正方法

6.2基本控制規律

6.2.1比例（P）控制規律

6.2.2比例微分（PD）控制規律

6.2.3積分（I）控制規律

6.2.4比例積分（PI）控制規律

6.2.徠5比例積分微分（PID）控制規律

6.3串聯校正

6.3.1串聯超前校正（PD）

6.3.2串聯滯后校正(PI)

6.3.3串聯滯后超前校正(PID)

6.3.4串聯校正方式比較

6.4串聯校正綜合法

6.4.1期望頻率特性法

6.4.2按最佳典型系統校正方法

6.5反饋校正

6.5.1反饋校正功能

6.5.2用頻率法分析反饋校正系統

小結

術語和概念

控制與電氣學科世界著名學者——伯德

習題

第7章非線性系統的分析

7.1非線性系統概述

7.1.1典型的非線性特性

7.1.2非線性系統的特點

7.2描述函數法

7.2.1描述函數法的基本概念

7.2.2典型非線性特性的描述函數

7.2.3組合非線性特性的描述函數

7.2.4非線性系統的描述函數分析

7.3相平面分析法

7.3.1相平面和相軌跡

7.3.2極限環

7.3.3線性系統的相軌跡

7.3.4相軌跡的繪製方法

7.3.5由相平面圖求時間解

7.3.6非線性系統相平面分區線性化分析方法

小結

術語和概念

控制與電氣學科世界著名學者——錢學森

習題

第8章線性離散系統的分析

8.1概述

8.2採樣過程和採樣定理

8.2.1採樣過程

8.2.2採樣定理

8.2.3採樣周期的選取

8.3信號的復現

8.4差分方程

8.4.1差分方程的定義

8.4.2差分方程的解法

8.5Z變換

8.5.1Z變換的定義

8.5.2Z變換的方法

8.5.3Z變換的性質

8.5.4Z反變換

8.5.5用Z變換法求解差分方程

8.6脈衝傳遞函數

8.6.1脈衝傳遞函數的定義

8.6.2開環系統脈衝傳遞函數

8.6.3閉環系統脈衝傳遞函數

8.7採樣系統的性能分析

8.7.1穩定性分析

8.7.2穩態性能分析

8.7.3動態性能分析

8.7.4離散系統極點分佈與動態響應的關係

8.7.5採樣系統的頻域分析

小結

術語和概念

控制與電氣學科世界著名學者——香農

習題

第9章Matlab語言與自動控制系統設計

9.1Matlab語言簡介

9.1.1Matlab的數值運算基礎

9.1.2矩陣及矩陣函數

9.1.3Matlab的繪圖功能

9.2自動控制系統設計

9.2.1時域分析命令

9.2.2頻率域命令

9.2.3根軌跡法命令

9.2.4傳遞函數的常用命令

9.2.5控制系統分析舉例

小結

參考文獻