自動控制原理

本書內容按照數學建模、穩定性分析和控制系統設計的模塊組織，重點講授線性時不變系統的穩定性分析方法。結合MATLAB/Simulink模擬工具，簡化了當前大多數自動控制原理教材中關於經典圖解方法的敘述，突出了傳統方法的基本思想和用途，也新增加了在控制科學與技術中非常重要的一些概念，例如魯棒性等內容。本書編寫的思路和原則是：傳承經典基礎知識，便於入門教學；連接和面向控制科學發展的未來，拓展視野。本書既可作為普通高校電氣工程自動化、通信、計算機、自動控制等相關專業本科生的教科書，也可以作為科技和工程人員的參考書。

第1章 緒論 1

1.1 系統、反饋與控制 1 1.2 反饋控制系統舉例 4 1.3 反饋及前饋控制原理 7

1.4 自動控制發展簡史 8 1.5 本課程學習內容 9 1.6 本章小結 10 1.7 思考題與作業 10

第2章 動態系統的數學描述 13

2.1數學模型 13 2.2 時域數學描述 15 2.3 S 域描述 20 2.4頻率域描述 23

2.5系統動態結構圖 27 2.6 自動控制系統的傳遞函數與梅遜公式 36 2.7模型轉換 42

2.8本章小結 53 2.8 思考題與作業 54

第3章 經典的控制系統分析與計算工具 56

3.1系統傳遞函數的零點與極點的計算與時域分析 56 3.2頻域Nyquist方法 63

3.3頻域Bode圖方法 68 3.4根軌跡方法 78 3.5本章小結 102 3.6思考題與作業 102

第4章 線性定常連續時間控制系統的分析 123

4.1 穩定性分析 123 4.2 魯棒穩定性 143 4.3 系統靜態特性分析 149

4.4 系統動態特性分析 154 4.5 本 章 小 結 156 4.6 思考題與作業 156

第5章 線性定常連續時間控制系統的設計 159

5.1 控制問題的一般定義 160 5.2 S域設計 163 5.3 頻率法設計串聯超前校正 166

5.4 頻率法設計串聯滯后校正 168 5.5 頻率法設計串聯滯后/超前校正 171 5.6 反饋校正 174

5.7 本 章 小 結 178 5.8 思考題與作業 178

第6章 離散時間控制系統分析與設計 194

6.1 連續信號的離散時間表示 194 6.2 Z變換及其性質 198

6.3 動態系統的離散時間域表示 204 6.4 Z變換與拉普拉斯變換的關係 210

6.5 線性定常離散控制系統的Z域分析 211 6.6 線性定常離散系統的數字校正 215

6.7 本 章 小 結 217 6.8 思考題與作業 218

第7章 非線性控制系統分析 222

7.1 非線性系統的特徵 222 7.2 相平面分析法 225 7.3 描述函數法 235

7.4 李雅普諾夫函數法 242 7.5 本 章 小 結 256 7.6 思考題與作業 256

第8章 非線性控制系統設計 258

8.1 反饋線性化方法 258 8.2 Back-stepping方法 269

8.3 滑動模態控制方法簡介 273 8.4 自適應控制方法簡介 278

8.5 本 章 小 結 288 8.6 思考題與作業 288

第9章 應用最廣泛的兩類控制演演算法:PID和MPC 290

9.1 PID控制演演算法 290 9.2 MPC控制演演算法 299

9.3 本 章 小 結 309 9.4 思考題與作業 309

附錄A：控制系統分析與設計的數學基礎 309

A1：線性代數 309 A 2：線性微分方程 314 A 3：拉普拉斯變換 316

附錄B： MATLAB編程與Simulink模擬簡介 319

B1 MATLAB編程基礎 319 B2 Simulink模擬方法簡介 324

附錄C：z變換表 328

參考文獻 330

袁德成，教授，工學博士，研究生導師，瀋陽化工大學副校長，瀋陽市儀器儀錶學會過程式控制制專委會主任、遼寧省模擬協會理事。王玉德，副教授，曲阜師範大學。