自動控制原理

本書系統地介紹了經典控制理論和現代控制理論中的線性系統理論。全書共分9章：前6章主要講述線性定常連續系統的建模、分析、校正等內容；第7章為採樣離散系統的分析及設計；第8章為非線性系統分析；第9章為現代控制理論。最後附有第2章到第9章的習題參考答案。

《自動控制原理(第2版)》一書可作為高等院校電氣工程及自動化、自動化儀錶及測試、機械工程、計算機技術等專業的教科書，也可供從事自動控制類的各專業工程技術人員參考。

第1章自動控制概論

1.1引言

1.1.1自動控制理論及應用

1.1.2自動控制理論發展簡史

1.2自動控制系統的組成與原理方框圖

1.2.1自動控制系統的組成

1.2.2自動控制系統的原理方框圖

1.3自動控制系統的分類

1.3.1按自動控制方式分類

1.3.2按輸入信號特徵分類

1.3.3按所使用的數學方法分類

1.4對控制系統的基本要求

1.4.1穩定性

1.4.2動態性能

1.4.3穩態性能

習題

第2章控制系統的數學模型

2.1引言

2.2控制系統的時域數學模型

2.2.1線性元部件、線性系統微分方程的建立

2.2.2非線性系統微分方程的線性化

2.3控制系統的復域數學模型

2.3.1傳遞函數

2.3.2典型環節的傳遞函數

2.4控制系統的結構圖

2.4.1結構圖的組成

2.4.2結構圖等效變換

2.5控制系統的信號流圖

2.5.1信號流圖

2.5.2信號流圖的繪製

2.5.3梅森增益公式

2.6閉環系統的傳遞函數

2.6.1系統的開環傳遞函數

2.6.2系統的閉環傳遞函數

2.6.3閉環系統的誤差傳遞函數

習題

第3章線性系統的時域分析

3.1控制系統時間響應的性能指標

3.1.1典型輸入信號

3.1.2控制系統的時域性能指標

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

3.2.5一階系統的單位加速度響應

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過程分析

3.3.4過阻尼二階系統的動態性能指標

3.3.5二階系統的單位脈衝響應

3.3.6二階系統的單位斜坡響應

3.3.7二階系統的性能改善

3.3.8初始條件不為零的二階系統響應

3.4高階系統的時域分析

3.4.1高階系統的階躍響應

3.4.2閉環主導極點

3.4.3高階系統性能指標估算

3.5線性系統的穩定性分析

3.5.1穩定性概念及定義

3.5.2線性系統穩定的充分必要條件

3.5.3線性系統的代數判據

3.6線性系統的穩態誤差

3.6.1誤差的基本概念

3.6.2計算穩態誤差的一般方法

3.6.3系統類型及靜態誤差係數法

3.6.4擾動作用下的誤差

習題

第4章根軌跡法

4.1根軌跡概念

4.2根軌跡方程

4.3繪製根軌跡的基本法則

4.3.1繪製根軌跡的基本法則

4.3.2閉環極點的確定

4.4廣義根軌跡

4.4.1參數根軌跡

4.4.2零度根軌跡

4.5開環零、極點分佈對系統性能的影響

4.6系統性能分析與估算

4.6.1閉環系統的主導極點、偶極子

4.6.2系統性能的定量估算及定性分析

習題

第5章頻率響應分析法

5.1頻率特性的基本概念

5.1.1頻率特性的定義

5.1.2頻率特性的幾何表示

5.2典型環節的頻率特性

5.2.1比例環節

5.2.2積分環節

5.2.3微分環節

5.2.4慣性環節

5.2.5一階微分環節

5.2.6振蕩環節

5.2.7二階微分環節

5.2.8延時環節

5.3系統開環頻率特性的繪製

5.3.1開環幅相曲線的繪製

5.3.2開環對數頻率特性曲線的繪製

5.3.3最小相位系統和非最小相位系統

5.4頻率域穩定判據

5.4.1奈氏判據的數學基礎

5.4.2奈奎斯特穩定判據

5.4.3開環系統含有積分環節時奈氏判據的應用

5.4.4對數頻率穩定判據

5.5穩定裕度

5.5.1幅值裕度和相位裕度

5.5.2應用舉例

5.6系統的閉環頻率特性

5.6.1開環頻率特性與閉環頻率特性的關係

5.6.2尼科爾斯圖線

5.6.3非單位反饋系統的閉環頻率特性

5.7頻域性能指標和時域性能指標的關係

5.7.1典型二階系統

5.7.2高階系統

習題

第6章線性系統的校正方法

6.1系統校正的一般概念

6.1.1性能指標

6.1.2系統帶寬的選擇

6.1.3校正方式

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

6.2.5比例—積分—微分（PID）控制規律

6.2.6用最佳二階系統法進行PID校正

6.3頻率法串聯校正

6.3.1串聯超前校正

6.3.2串聯滯后校正

6.3.3串聯滯后—超前校正

6.3.4校正裝置的實現

6.3.5串聯綜合法校正

6.3.6串聯工程設計方法

6.4頻率法反饋校正

6.4.1反饋校正的原理與功能

6.4.2綜合法反饋校正

6.5控制系統的複合校正

6.5.1按擾動補償的複合校正

6.5.2按輸入補償的複合校正

習題

第7章線性離散系統

7.1離散系統的基本概念

7.2採樣過程及採樣定理

7.2.1採樣過程及數學描述

7.2.2採樣定理

7.2.3採樣周期的選擇

7.3信號恢復與信號保持

7.4Z變換理論

7.4.1Z變換的定義

7.4.2Z變換的求法

7.4.3Z變換的性質

7.4.4Z反變換

7.5採樣系統的數學模型

7.5.1差分方程

7.5.2線性離散系統的脈衝傳遞函數

7.6線性離散系統的穩定性與穩態誤差

7.6.1離散系統的穩定條件

7.6.2離散系統的穩定性判據

7.6.3線性離散系統的穩態誤差

7.7動態響應與閉環零、極點分佈的關係

7.8線性離散系統的校正

7.8.1數字控制器的模擬化設計

7.8.2數字PID算式

7.9最少拍離散控制系統的分析與設計

7.9.1最少拍系統的閉環脈衝傳遞函數

7.9.2最少拍系統的設計

習題

第8章非線性控制系統

8.1概述

8.1.1典型的非線性特性

8.1.2非線性系統的若干特徵

8.1.3非線性系統的研究方法

8.2描述函數法

8.2.1描述函數的定義

8.2.2典型非線性特性的描述函數

8.2.3組合非線性特性的描述函數

8.2.4非線性系統的穩定性

8.2.5周期運動的穩定性

8.3相平面法

8.3.1相平面法的概念

8.3.2相軌跡的性質

8.3.3相平面圖的繪製方法

8.3.4線性系統的相軌跡

8.3.5奇點和奇線

8.3.6由相平面圖求系統運動的時間響應

8.3.7非線性系統的相平面分析

習題

第9章線性定常系統的狀態空間分析與綜合

9.1線性系統的狀態空間表達式

9.1.1基本概念

9.1.2狀態空間表達式的建立

9.1.3狀態向量的線性變換

9.1.4傳遞函數矩陣

9.2控制系統狀態空間表達式的解

9.2.1線性定常連續系統齊次狀態方程的解

9.2.2狀態轉移矩陣的基本性質

9.2.3狀態轉移矩陣的求法

9.2.4線性定常系統非齊次方程的解

9.2.5離散動態方程及其求解

9.3控制系統的能控性與能觀性

9.3.1能控性與能觀性問題的提出

9.3.2能控性定義及其判別準則

9.3.3線性系統能觀性定義及判據

9.3.4能控性、能觀性與傳遞函數（矩陣）的關係

9.3.5對偶原理

9.3.6能控標準型和能觀標準型

9.3.7線性定常系統的規範分解

9.4李雅普諾夫穩定性分析

9.4.1李雅普諾夫關於穩定性的定義

9.4.2李雅普諾夫第一法（間接法）

9.4.3李雅普諾夫第二法（直接法）

9.5狀態反饋和線性系統校正

9.5.1利用狀態反饋對系統進行校正

9.5.2輸出到輸入的反饋

9.5.3輸出到狀態向量導數的反饋與極點配置

9.5.4系統鎮定問題

9.6系統解耦問題

9.6.1解耦的概念

9.6.2用前饋補償法實現解耦

9.6.3狀態反饋解耦

9.7狀態觀測器

9.7.1全維狀態觀測器

9.7.2降維狀態觀測器

9.8帶狀態觀測器的閉環控制系統

9.8.1系統的結構與狀態空間表達式

9.8.2閉環系統的基本特性

習題

附錄1習題答案

附錄2常用函數的拉氏變換表

參考文獻