自動控制原理

第1章深入淺出地介紹了自動控制原理的基本概念、基本分類及自動控制理論的發展歷史。第2章以機械、電氣系統等實際對象為例，介紹控制系統的數學建模方法。第3章到第6章針對線性定常控制系統，介紹時域分析法、根軌跡法、頻域分析法以及控制系統的校正與設計方法。其中第3章討論二階系統的時域響應和相應的性能指標，以及用於穩定性分析的勞斯判據；第4章介紹根軌跡的原理、作圖方法和基於根軌跡的系統分析；第5章介紹控制系統分析的頻域方法，討論基於奈奎斯特圖和基於對數坐標的頻率特性圖的繪製及其在系統性能分析和穩定性分析中的應用；第6章針對單輸入單輸出線性定常系統，介紹基於根軌跡和頻域方法的控制系統校正和設計方法。第7章主要討論描述函數法、相平面法等常用的非線性系統分析方法。第8章介紹線性離散系統的基礎理論、數學模型、穩定性、穩態誤差以及動態性能分析方法等。

本書可用作高等學校電氣信息類各專業《自動控制原理》課程的教材，也可作為有關工程技術人員參考使用。

第1章 緒 論

1.1 引言

1.2 自動控制系統的基本結構

1.2.1 開環控制系統

1.2.2 閉環控制景統一

1.3 自動控制系統的分類

1.3.1 按系統輸入信號的變化規律分類

1.3.2 按系統的響應特性分類

1.4 控制系統性能的基本要求和典型輸入信號

1.4.1 控制系統性能的基本要求的提法

1.4.2 典型輸入信號

1.5 基於MATLAB的控制系統分析與設計

本章小結

習題

第2章 控制系統的數學模型

2.1 控制系統微分方程的建立

2.1.1 列寫系統或元件微分方程的一般方法

2.1.2 非線性數學模型的線性化

2.2 控制系統的傳遞函數

2.2.1 傳遞函數的概念

2.2.2 傳遞函數的表達式和性質

2.2.3 傳遞函數的求法

2.2.4 典型環節的傳遞函數

2.3 控制系統的傳遞函數方框圖與信號流圖

2.3.1 傳遞函數方框圖的建立

2.3.2 方框圖的等效變換規則

2.3.3 典型閉環系統方框圖及其傳遞函數

2.3.4 信號流圖與梅遜公式

2.4 數學模型的實驗測定法

2.5 MATLAB在求解線性微分方程及系統方框圖化簡中的應用

2.5.1 MATLAB在求解線性微分方程中的應用

2.5.2 MATLAB在系統方框圖化簡中的應用

本章小結

習題

第3章 線性定常系統的時域分析

3.1 時域分析的性能指標

3.1.1 典型輸入信號作用下系統的時域響應

3.1.2 時域響應的性能指標

3.2 一階系統的時域分析

3.2.1 數學模型

3.2.2 單位階躍響應

3.2.3 時間常數T的求法

3.2.4 減小時間常數的措施

3.3 二階系統的時域分析

3.3.1 典型的數學模型

3.3.2 單位階躍響應

3.3.3 欠阻尼響應的性能指標

3.3.4 實際二階系統

3.3.5 改善欠阻尼響應性能指標的措施

3.4 穩定性分析

3.4.1 穩定的概念和穩定的條件

3.4.2 勞斯判據

3.5 穩態性能分析

3.5.1 誤差與穩態誤差

3.5.2 給定輸入下的穩態誤差

3.5.3 擾動穩態誤差

3.5.4 用動態誤差係數表示系統的穩態誤差

3.5.5 降低穩態誤差的措施

3.6 MATLAB在系統時域分析中的應用

3.6.1 MATLAB在分析系統穩定性中的應用

3.6.2 MATLAB在系統的動態特性分析中的應用

3.6.3 系統單位階躍響應的求法

本章小結

習題

第4章 根軌跡法

4.1 根軌跡的概念與根軌跡方程

4.1.1 根軌跡

4.1.2 根軌跡方程

4.2 繪製根軌跡的基本規則及根軌跡的繪製

4.2.1 繪製根軌跡的基本規則

4.2.2 根軌跡的繪製

4.3 廣義根軌跡

4.3.1 參數根軌跡

4.3.2 多迴路的根軌跡

4.3.3 正反饋迴路的根軌跡

4.3.4 遲后系統的根軌跡

4.4 利用根軌跡分析系統的性能

4.4.1 主導極點的概念

4.4.2 增加開環零點對根軌跡的影響

4.4.3 根軌跡增益的確定及系統性能的分析

4.5 利用MATLAB繪製根軌跡圖

4.5.1 常規根軌跡的繪製

4.5.2 零度根軌跡的繪製

本章小結

習題

第5章 頻域分析法

5.1 頻率特性

5.1.1 頻率特性的概念

5.1.2 頻率特性與傳遞函數的關係

5.1.3 頻率特性圖示方法

5.2 典型環節的頻率特性

5.3 系統的開環頻率特性

5.3.1 開環幅相頻率特性（極坐標圖）

5.3.2 開環對數頻率特性（Bode圖）

5.3.3 開環對數幅相頻率特性（Nichols圖）

5.4 Nyquist穩定判據

5.4.1 數學基礎

5.4.2 Nyquist穩定判據

5.4.3 Nyquist穩定判據在Bode圖上的應用

5.5 系統的相對穩定性

5.6 系統的閉環頻率特性

5.7 系統頻域指標與時域指標的關係

5.8 頻率特性的實驗測定法

5.9 MATLAB在頻域分析中的應用

5.9.1 應用MATLAB繪製Bode圖

5.9.2 應用MATLAB繪製Nyquist圖

本章小結

習題

第6章 控制系統的綜合與校正

6.1 系統校正與綜合概述

6.1.1 控制系統設計的步驟

6.1.2 性能指標

6.1.3 校正方式

6.1.4 校正方法

6.2 基本控制規律簡介

6.3 常用校正裝置及其特性

6.3.1 無源校正裝置

6.3.2 有源校正裝置

6.4 串聯校正裝置的頻域設計

6.4.1 串聯超前校正裝置

6.4.2 串聯滯后校正裝置

6.4.3 串聯滯后—超前校正

6.5 反饋校正

6.6 根軌跡法在系統校正中的應用

6.6.1 超前校正

6.6.2 串聯滯后校正

6.7 MATLAB在系統校正中的應用

本章小結

習題

第7章 非線性控制系統分析

7.1 非線性系統的基本概念

7.2 常見非線性特性及其對系統運動的影響

7.2.1 飽和特性

7.2.2 死區特性

7.2.3 間隙特性

7.2.4 繼電特性

7.2.5 非線性系統的分析方法

7.3 相平面法

7.3.1 相軌跡及其繪製方法

7.3.2 非線性系統的相平面分析

7.4 描述函數法

7.4.1 描述函數的概念

7.4.2 典型非線性特性的描述函數

7.4.3 用描述函數分析非線性系統

本章小結

習題

第8章 線性離散系統

8.1 概述

8.1.1 離散控制系統的組成

8.1.2 離散控制系統的特點

8.2 信號的採樣與採樣定理

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 信號恢復

8.4 Z變換

8.4.1 Z變換的定義

8.4.2 Z變換的求法

8.4.3 Z變換的性質

8.4.4 Z反變換

8.5 離散系統的數學模型

8.5.1 離散系統的線性差分方程

8.5.2 脈衝傳遞函數

8.6 離散控制系統分析

8.6.1 線性離散控制系統的穩定性分析

8.6.2 線性離散控制系統的動態性能分析

8.6.3 線性離散控制系統的穩態性能分析

8.6.4 MATLAB在離散系統中的應用

本章小結

習題

附錄 常用數學工具

附1 拉普拉斯變換

附2 Z變換

參考文獻.