自動控制理論

自動控制系統的分類有多種方法。①按控制裝置類型，可分為常規控制和計算機控制兩種。常規控制採用模擬式控制器（見控制儀錶），計算機控制採用電子數字計算機。②按有無反饋，可分為閉環控制系統和開環控制系統。③按設定值是否固定，可分定值控制系統和隨動控制系統。定值控制系統的設定值固定不變，控制系統可自動克服擾動的影響，使被控變數保持基本恆定。隨動控制系統中設定值是變化的，系統使被控變數隨設定值而變化。例如，在化工生產中，要求物料A的流量與另一物料B的流量保持一定的比值，如果物料B的流量是變化的，物料A的流量就必須隨之變化，此時物料A的流量控制就屬於隨動控制類型。

離散控制理論在計算中也有很廣泛的應用，例如，開方：

開方公式：X(n+1)=Xn+[A/X^(k-1)-Xn]1/k.

例如我們開3次方，即K=3；

公式：X(n+1)=Xn+[A/X^2-Xn]1/3

例如，A=5，5在1的3次方和2的3次方之間，X0無論取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0都可以。假如我們取2為初始值：

第一步：2+(5/2x2-2)1/3=1.7=X1

第二步：1.7+(5/1.7x1.7-1.7)1/3=1.71=X3

第三步：1.71+(5/1.71x1.71-1.71)1/3=1.709=X4

第四步：1.709+(5/1.709x1.709-1.709)1/3=1.7099=X5

每計算一次，比上一次多取一位數，計算次數與精確度成正比。取值偏大公式會自動調小，例如第一步和第二步，取值偏小公式會自動調大，例如第三步，第四步。

書 名: 自動控制理論

作　者：盧子廣周永華

出版社：機械工業出版社

出版時間： 2009年11月

ISBN: 9787111283614

開本： 16開

定價: 28.00 元

《自動控制理論》基於系統的輸入/輸出響應，論述反饋控制原理及其改善系統動態過程和處理系統不確定性的方法。書中的許多內容體現了作者多年的教學成果。為適應信息時代的控制科學與工程的需要，《自動控制理論》在課程體系與內容上作了較大幅度的更新。全書以控制系統的穩定性為主線，圍繞“動態、建模、互聯和不確定性”4個重要概念展開。全書共7章，包括緒論、動態系統模型、連續時間線性系統的時域分析、線性控制系統的頻域分析、線性控制系統的綜合與校正、非線性控制系統分析、離散控制系統的基本理論。

《自動控制理論》可作為高等院校自動化、電氣工程與信息技術專業本科生的教材，也可作為理工科其他專業學習自動控制理論的本科生、研究生和科技人員的參考書。

書名: 自動控制理論

作　者：陳建明

出版社：電子工業出版社

出版時間： 2009-7-1

ISBN: 9787121090295

開本：16開

定價: 26.00元

本書系統全面地介紹了經典控制理論的基本內容，主要包括：自動控制概論、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、採樣控制系統。同時，介紹了MATLAB軟體在自動控制系統模擬中的基本應用。為便於讀者深入理解本書的重要概念，每章都選配了一定數量的習題並提供部分參考答案。

本書可作為高等院校本科非自動化專業及相近專業的“自動控制理論”或類似課程的教材，也可作為各類院校專科層次相關專業類似課程的選用教材，並可作為電子信息類或其他與控制有關專業工程技術人員的參考書。

序

前言

第1章 緒論

1.1 自動控制與自動控制系統

1.2 自動控制系統

1.2.1 自動控制系統的組成

1.2.2 自動控制系統的原理框圖

1.2.3 原理框圖上的術語

1.2.4 自動控制系統原理框圖的繪製

1.3 自動控制的基本方式

1.4 自動控制系統的分類

1.5 對自動控制系統的要求

1.6 自動控制系統與控制理論

1.7 自動控制理論發展概況

1.8 本課程的基本任務

小結

習題

第2章 控制系統的數學模型

2.1 引言

2.2 控制系統的微分方程

2.2.1 動態系統微分方程的建立

2.2.2 非線性微分方程的線性化

2.2.3 用拉普拉斯變換求解線性常係數微分方程

2.3 線性定常系統的傳遞函數

2.3.1 傳遞函數的定義

2.2.2 傳遞函數的一般形式

2.3.3 關於傳遞函數的幾點說明

2.3.4 典型環節及其傳遞函數

2.3.5 控制系統的傳遞函數

2.4 控制系統的結構圖

2.4.1 結構圖的組成

2.4.2 結構圖的繪製

2.4.3 結構圖的等效變換

6.5 控制系統的信號流圖

2.5.1 信號流圖的概念

2.5.2 信號流圖的繪製

2.5.3 信號流圖的等效變換

2.5.4 梅遜增益公式

2.6 閉環控制系統中幾個常用的傳遞函數概念

2.7 應用MATLAB建立控制系統

模型

小結

習題

第3章 控制系統的時域分析

3.1 引言

3.1.1 典型初始狀態

3.1.2 典型輸入信號

3.1.3 典型時間響應

3.1.4 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 二階系統的單位脈衝響應

3.3.4 二階系統的單位斜坡響應

3.3.5 二階系統瞬態性能的改善

3.3.6 非零初始條件下二階系統的響應

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 閉環主導極點和偶極子

3.4.3 高階系統瞬態性能估算

3.5 線性定常系統的穩定性分析

3.5.1 穩定的基本概念

3.5.2 線性定常系統穩定的數學條件

3.5.3 穩定判據

3.6 線性系統的穩態誤差計算

3.6.1 誤差與穩態誤差

3.6.2 典型輸入信號作用下的穩態誤差計算

3.6.3 典型擾動信號作用下的穩態誤差計算

3.6.4 減小或消除穩態誤差的措施

3.7 控制系統的靈敏度

3.7.1 控制系統靈敏度的定義

3.7.2 控制系統靈敏度分析

3.8 用MATLAB進行控制系統時域分析

3.8.1 用MATLAB求控制系統的輸出響應

3.8.2 用MATLAB求控制系統的參數

3.8.3 用MATLAB判斷控制系統的穩定性

3.8.4 用MATLAB計算靜態誤差

係數

小結

習題

第4章 根軌跡法

4.1 引言

4.2 繪製根軌跡的依據

4.2.1 閉環零. 極點和開環零. 極點的關係

4.2.2 根軌跡方程

4.3 根軌跡的繪製規則及控制系統閉環極點的確定

4.3.1 根軌跡的繪製規則

4.3.2 控制系統閉環極點的確定

4.4 利用根軌跡分析系統性能

4.5 參數根軌跡及根軌跡簇

4.5.1 參數根軌跡

4.5.2 幾個參變數的根軌跡簇

4.5.3 多環系統的根軌跡

4.6 零度根軌跡

4.6.1 零度根軌跡的定義

4.6.2 零度根軌跡的繪製規則

4.7 延遲系統的根軌跡

4.7.1 延遲系統根軌跡的繪製依據

4.7.2 延遲系統根軌跡的繪製規則

4.8 用MATLAB繪製根軌跡

4.8.1 根軌跡的繪製

4.8.2 根軌跡增益K*和閉環極點位置的確定

小結

習題

第5章 控制系統的頻域分析

5.1 頻率特性

5.1.1 頻率特性的基本概念

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 慣性環節

5.2.3 一階微分環節

5.2.4 積分環節

5.2.5 微分環節

5.2.6 振蕩環節

5.2.7 二階微分環節

5.2.8 不穩定環節

5.2.9 延遲環節

5.3 系統開環頻率特性的繪製

5.3.1 最小相位系統和非最小相位系統

5.3.2 開環幅相曲線的繪製

5.3.3 開環對數頻率特性曲線的繪製

5.4 乃奎斯特穩定判據及系統穩定性的判斷

5.4.1 映射定理

5.4.2 乃奎斯特穩定判據

5.4.3 虛軸上有開環極點時的乃氏判據

5.4.4 根據博德圖判斷系統的穩定性

5.4.5 條件穩定系統

5.4.6 應用對數頻率穩定判據判斷多環系統穩定性

5.5 系統的相對穩定性和穩定裕度

5.6 系統的閉環頻率特性

5.6.1 等M圓圖

5.6.2 等N圓圖

5.6.3 尼柯爾斯圖線

5.6.4 非單位反饋系統的閉環頻率特性

5.7 系統時域指標估算

5.7.1 頻域性能指標

5.7.2 頻率尺度與時間尺度的反比性質

5.7.3 二階系統時域指標估算

5.7.4 高階系統時域指標估算

5.7.5 根據閉環幅頻特性形狀估算時域指標

5.7.6 開環頻率特性和時域指標的關係

5.8 用MATLAB進行控制系統頻域分析

5.9 傳遞函數的實驗確定法

5.9.1 頻率響應實驗確定數學模型的原理

5.9.2 包含延遲環節傳遞函數的確定

5.9.3 國產BT-6A型超低頻頻率特性測試儀

小結

習題

第6章 線性系統的校正

6.1 引言

6.1.1 控制系統的設計

6.1.2 性能指標

6.1.3 校正的作用

6.1.4 校正方式

6.1.5 校正裝置的設計方法

6.2 常用的串聯校正裝置及其特性

6.2.1 超前校正網路

6.2.2 滯后校正網路

6.2.3 滯后-超前校正網路

6.2.4 有源校正網路

6.3 串聯校正：頻域分析法

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

6.4 串聯校正：根軌跡分析法

6.4.1 串聯超前校正

6.4.2 串聯滯后校正

6.4.3 串聯滯后-超前校正

6.5 串聯校正：頻域綜合法

6.5.1 繪製希望的開環頻率特性

6.5.2 頻域綜合法設計串聯校正裝置

6.6 串聯校正：PID控制器的工程設計方法

6.6.1 PID控制規律

6.6.2 PID串聯校正的工程設計方法

6.7 反饋校正

6.7.1 反饋校正的作用

6.7.2 反饋校正的頻域綜合法

6.8 複合校正

6.8.1 複合校正的概念

6.8.2 按擾動補償的複合控制系統

6.8.3 按輸入補償的複合控制系統

6.9 延遲系統的校正

6.9.1 用帕德展開法處理e-TS環節

6.9.2 史密斯預估補償方案

6.10 MATLAB在系統校正中的

應用

小結

習題

第7章 線性離散控制系統

7.1 引言

7.1.1 離散控制系統的結構

7.1.2 離散控制系統的研究方法

7.2 信號的採樣與恢復

7.2.1 採樣過程及採樣信號的表示

7.2.2 採樣信號的拉普拉斯變換

7.2.3 採樣信號的頻譜

7.2.4 採樣定理

7.2.5 採樣周期的選取

7.2.6 信號的恢復

7.3 Z變換與Z反變換

7.3.1 Z變換的定義

7.3.2 Z變換的計算

7.3.3 Z變換的基本定理

7.3.4 Z反變換的計算

7.4 離散系統的數學模型

7.4.1 線性常係數差分方程及其求解

7.4.2 脈衝傳遞函數

7.4.3 離散系統的結構圖化簡

7.5 離散控制系統的穩定性分析

7.5.1 從s平面到z平面的映射

7.5.2 線性定常離散系統穩定的充分必要條件

7.5.3 線性定常離散系統的穩定判據

7.5.4 採樣周期和保持器對離散系統穩定性的影響

7.6 離散控制系統的瞬態性能分析

7.6.1 線性定常離散系統的單位階躍響應

7.6.2 用輸出採樣信號分析離散系統的條件

7.6.3 離散系統閉環極點分佈與瞬態響應的關係

7.7 離散控制系統的穩態誤差分析

7.7.1 利用終值定理求穩態誤差

7.7.2 離散系統的型別與靜態誤差係數

7.8 根軌跡和頻率特性在離散系統分析中的應用

7.9 線性定常離散系統的數字校正

7.9.1 數字控制器的模擬化和離散化設計方法

7.9.2 最少拍無差系統的設計

7.9.3 數字控制器的實現

7.10 MATLAB在離散控制系統中的應用

小結

習題

第8章 非線性控制系統

8.1 引言

8.1.1 典型非線性特性及其對系統運動的影響

8.1.2 非線性系統的特徵

8.1.3 非線性系統的分析方法

8.2 相平面法基礎

8.2.1 相平面法的概念

8.2.2 相軌跡的繪製方法

8.2.3 由相平面圖求時間解

8.3 二階系統的相平面分析法

8.3.1 線性系統的相軌跡

8.3.2 奇點與平衡點

8.3.3 極限環

8.3.4 非線性系統的相軌跡

8.3.5 速度反饋對系統自由運動的影響

8.3.6 繼電系統的滑動現象

8.3.7 利用非線性改善系統的性能

8.4 描述函數

8.4.1 描述函數的一般概念

8.4.2 典型非線性特性的描述函數

8.5 用描述函數分析非線性系統

8.5.1 系統的典型結構及基本條件

8.5.2 非線性系統的穩定性分析

8.5.3 非線性系統的自持振蕩分析

8.5.4 非線性系統結構圖的簡化

8.6 MATLAB在非線性系統中的

應用

小結

習題

參考文獻

自動控制理論（第3版）

本書為高等學校自動化專業的教材，也可作為電氣工程及其自動化、檢測技術與自動化裝置等自動控制類專業教學用書，還可供從事自動控制系統工程的技術人員參考

第2版前言

第1版前言

第一章 引論

第一節 開環控制和閉環控制

第二節 自動控制系統的類型

第三節 自動控制理論概要

第四節 自動控制系統中的術語和定義

第二章 線性系統的數學模型

第一節 線性系統的輸入－輸出時間函數描述

第二節 線性系統的輸入－輸出傳遞函數描述

第三節 非線性數學模型的線性化

第四節 典型環節的數學模型

第五節 建立數學模型的實驗方法簡介

第六節 框圖及其化簡方法

第七節 信號流程圖

小結

習題

第三章 線性系統的時域分析

第一節 典型輸入信號

第二節 線性定常系統的時域響應

第三節 控制系統時域響應的性能指標

第四節 一階系統的暫態響應

第五節 二階系統的暫態響應

第六節 高階系統的暫態響應

第七節 根據時域響應建立數學模型

第八節 線性系統的穩定性

第九節 勞斯－赫爾維茨穩定判據

第十節 小參量對閉環控制系統性能的影響

第十一節 控制系統的穩態誤差

第十二節 給定穩態誤差和擾動穩態誤差

第十三節 線性系統時域響應的計算機輔助分析

小結

習題

第四章 線性系統的根軌跡分析

第一節 根軌跡的基本概念

第二節 繪製根軌跡的基本條件和基本規則

第三節 廣義根軌跡

第四節 滯后系統的根軌跡

第五節 利用根軌跡分析系統的性能

第六節 用MATLAB繪製系統的根軌跡

小結

習題

第五章 線性系統的頻域分析

第一節 頻率特性

第二節 典型環節的頻率特性

第三節 系統開環頻率特性的繪製

第四節 乃奎斯特穩定判據和系統的相對穩定性

第五節 系統的頻率特性及頻域性能指標

第六節 頻率特性的實驗確定方法

第七節 用MATLAB進行系統的頻域分析

小結

習題

第六章 線性系統的校正

第一節 線性系統校正的概念

第二節 線性系統的基本控制規律

第三節 常用校正裝置及其特性

第四節 校正裝置設計的方法和依據

第五節 串聯校正的設計

第六節 反饋校正的設計

第七節 反饋和前饋複合控制

第八節 MATLAB在線性系統校正中的應用

小結

習題

第七章 非線性系統的分析

第一節 非線性系統的基本概念

第二節 二階線性和非線性系統的相平面分析

第三節 非線性系統的相平面分析

第四節 非線性特性的一種線性近似表示－描述函數

第五節 典型非線性特性的描述函數

第六節 分析非線性系統的諧波平衡法

第七節 非線性環節的串、並聯及系統的變換

第八節 用對數幅相頻率特性分析非線性系統

第九節 利用非線性特性改善線性系統的性能

第十節 非線性系統的計算機模擬

小結

習題

第八章 採樣控制系統

第一節 採樣過程及採樣定理

第二節 保持器

第三節 差分方程

第四節 z變換

第五節 脈衝傳遞函數

第六節 線性採樣系統的穩定性分析

第七節 採樣系統的穩態誤差分析

第八節 採樣系統的暫態響應與脈衝傳遞涵數極點、零點分佈的關係

第九節 採樣控制系統的校正

第十節 用MATLAB分析採樣控制系統

小結

習題

第九章 平穩隨機信號作用下線性系統的分析

第一節 隨機信號及其作用下線性系統的性能指標

第二節 平穩隨機過程的相關函數

第三節 平穩隨機過程的譜密度

第四節 平穩隨機信號作用下線性系統的均方誤差

第五節 線性系統的等效雜訊帶寬

第六節 用MATLAB進行平穩隨機信號作用下線性系統的模擬

小結

習題

附錄

附錄A 赫爾維茨穩定判據的證明

附錄B 時間函數的頻譜特性

附錄C 採樣函數的拉普拉斯變換

附錄D MATLAB和SIMULINK軟體簡介

英中文控制理論辭彙對照表

參考文獻