自動控制原理

自動控制原理（第三版）

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作者：王永驥、王金城、王敏 主編

出版日期：2015年6月 書號：978-7-122-06036-5

開本：16K　787×1092　1/16 裝幀：平 版次：3版1次 頁數：385頁

本書包括以下幾個內容：系統的基本概念；物理系統建模；一階、二階系統時域分析；控制系統穩定性分析；控制系統的瞬態響應與穩態誤差；分析控制系統的根軌跡法、頻率法、狀態空間法；控制系統的綜合校正；控制系統的魯棒性分析；控制系統能控性、能觀性；控制系統的狀態空間反饋和極點配置；離散控制系統分析與綜合；非線性控制系統的基本特點及典型分析方法。

本書可用作自動化、電氣工程及其自動化、機械設計製造及其自動化等工科相關專業本科生的教材，亦可供相關工程技術人員參考。

1控制系統導論

1.1自動控制的基本原理

1.1.1一個實例

1.1.2控制系統方框圖

1.2自動控制系統的分類

1.2.1按信號的傳遞路徑來分

1.2.2按系統輸入信號的變化規律來分

1.2.3按系統傳輸信號的性質來分

1.2.4按描述系統的數學模型來分

1.2.5其他分類方法

1.3對控制系統的基本要求

1.4自動控制的發展簡史

1.4.1經典控制理論階段

1.4.2現代控制理論階段

1.4.3大系統控制理論階段

1.4.4智能控制階段

本章小結

習題1

2控制系統數學模型

2.1導論

2.2控制系統的微分方程

2.2.1微分方程式的建立

2.2.2非線性方程的線性化

2.3控制系統的傳遞函數

2.3.1傳遞函數的概念

2.3.2傳遞函數的性質

2.3.3典型環節及其傳遞函數

2.4控制系統結構圖與信號流圖

2.4.1控制系統的結構圖

2.4.2控制系統的信號流圖

2.4.3控制系統的傳遞函數

2.5應用Matlab控制系統模擬

2.5.1舉例

2.5.2傳遞函數

2.5.3結構圖模型

本章小結

習題2

3控制系統的時域分析法

3.1二階系統的瞬態響應及性能指標

3.1.1典型輸入信號

3.1.2系統的性能指標

3.1.3瞬態響應分析

3.1.4線性定常系統的重要特性

3.2增加零極點對二階系統響應的影響

3.3反饋控制系統的穩態誤差

3.3.1穩態誤差的概念

3.3.2穩態誤差的計算

3.3.3主擾動輸入引起的穩態誤差

3.3.4關於降低穩態誤差問題

3.4勞斯赫爾維茨穩定性判據

3.4.1穩定性的概念

3.4.2勞斯判據

3.4.3赫爾維茨判據

3.5控制系統靈敏度分析

3.6應用Matlab分析控制系統的性能

本章小結

習題3

4根軌跡法

4.1根軌跡的基本概念

4.2繪製根軌跡的基本規則

4.3控制系統根軌跡的繪製

4.4廣義根軌跡

4.4.1以非K為變參數的根軌跡

4.4.2正反饋系統的根軌跡

4.4.3非最小相位系統的根軌跡

4.5線性系統的根軌跡分析方法

4.5.1主導極點的概念

4.5.2增加開環零極點對根軌跡的影響

4.6利用Matlab繪製系統的根軌跡

本章小結

習題4

5線性系統的頻域分析

5.1頻率特性的概念

5.2開環系統頻率特性的圖形表示

5.2.1幅相頻率特性曲線

5.2.2對數頻率特性曲線

5.3奈奎斯特穩定判據

5.3.1奈奎斯特穩定判據的數學基礎

5.3.2奈奎斯特穩定判據

5.4控制系統的相對穩定性

5.4.1相對穩定性

5.4.2穩定裕度的求取

5.5閉環頻率特性

5.5.1閉環頻率特性的圖形表示

5.5.2閉環系統的頻域性能指標

5.6Matlab在系統頻域分析中的應用

本章小結

習題5

6線性系統的校正方法

6.1校正與綜合的概念

6.1.1校正的基本方式

6.1.2基本控制規律

6.2常用校正裝置及其特性

6.2.1無源校正裝置

6.2.2有源校正裝置

6.3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期望頻率特性法校正

6.4反饋校正

6.5Matlab在系統校正中的應用

本章小結

習題6

7線性離散控制系統

7.1引言

7.1.1直接數字控制系統

7.1.2計算機監督控制系統

7.1.3集散控制系統

7.2採樣過程的數學描述

7.2.1採樣過程及其數學描述

7.2.2採樣定理

7.2.3採樣周期的選擇

7.3信號保持

7.3.1零階保持器

7.3.2一階保持器

7.4Z變換理論

7.4.1Z變換

7.4.2Z變換的性質

7.4.3Z反變換

7.5採樣系統的數學模型

7.5.1描述離散控制系統的線性差分方程

7.5.2脈衝傳遞函數

7.6離散控制系統分析

7.6.1線性離散控制系統的穩定性分析

7.6.2離散控制系統的瞬態響應

7.6.3離散控制系統的穩態誤差

7.7數字控制器的設計

7.7.1無穩態誤差最少拍系統的設計

7.7.2G(z)具有單位圓上和單位圓外零極點的情況時數字控制器的設計

7.7.3無紋波無穩態誤差最少拍系統的設計

7.8Matlab在離散系統中的應用

本章小結

習題7

8非線性系統理論

8.1引言

8.1.1非線性系統特點

8.1.2研究非線性系統的意義與方法

8.2典型非線性特性的數學描述及其對系統性能的影響

8.2.1飽和特性

8.2.2死區特性

8.2.3間隙特性

8.2.4繼電特性

8.3描述函數法

8.3.1描述函數的概念

8.3.2典型非線性的描述函數

8.3.3多重非線性的描述函數

8.3.4用描述函數法分析非線性系統

8.4相平面法

8.4.1相軌跡及其繪製方法

8.4.2奇點與極限環

8.4.3用相平面法分析非線性系統

本章小結

習題8

9狀態空間分析與綜合

9.1引言

9.2狀態空間和狀態方程

9.2.1狀態空間方法的幾個基本概念

9.2.2幾個示例

9.3線性系統狀態空間表達式的建立

9.3.1高階微分方程到狀態空間描述

9.3.2將傳遞函數轉換成狀態空間描述

9.3.3由狀態變數圖求系統的狀態空間描述

9.3.4狀態空間描述與傳遞函數的關係

9.3.5狀態變數組的非唯一性

9.3.6系統矩陣A的特徵方程和特徵值

9.3.7利用Matlab進行系統模型之間的相互轉換

9.4線性定常系統連續狀態方程的解

9.4.1線性系統狀態方程的解

9.4.2狀態轉移矩陣性質

9.4.3向量矩陣分析中的若干結果

9.4.4矩陣指數函數eAt的計算

9.4.5線性離散系統狀態空間表達式的建立及其解

9.5線性定常系統的可控性與可觀測性分析

9.5.1線性連續系統的可控性

9.5.2線性定常連續系統的可觀測性

9.5.3對偶原理

9.5.4單輸入/單輸出系統狀態空間描述的標準形

9.5.5基於系統標準形的可控可觀判據

9.5.6離散系統的可控性和可觀測性判據

9.5.7用Matlab判斷系統的可控性和可觀測性

9.6線性定常系統的狀態反饋和狀態觀測器

9.6.1狀態反饋與極點配置

9.6.2輸出反饋與極點配置

9.6.3狀態觀測器

9.7李雅普諾夫穩定性分析

9.7.1李雅普諾夫意義下的穩定性問題

9.7.2李雅普諾夫穩定性理論

本章小結

習題9

10魯棒控制系統

10.1魯棒性的基本概念

10.2參數不確定系統的穩定魯棒性

10.2.1使用勞斯判據分析參數不確定系統的穩定區域

10.2.2Kharitonov定理

10.3傳遞函數具有不確定性時的穩定魯棒性

10.4狀態方程具有不確定性時的穩定魯棒性

本章小結

習題10

附錄Matlab簡介

M.1Matlab的特點

M.2Matlab的基本功能

M.2.1Matlab的編程環境

M.2.2Matlab的程序設計基礎

M.3Matlab控制系統工具箱簡介

M.3.1線性系統的數學模型

M.3.2Matlab控制系統工具箱函數介紹

M.3.3使用Matlab符號運算工具箱進行

拉氏變換

參考文獻