控制理論CAI教程

內(nèi)容概要

顏文俊等的《控制理論CAI教程(第三版)》根據(jù)全國(guó)高等院校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱的要求編寫(xiě)。書(shū)中融合了目前使用最廣泛的控制系統(tǒng)分析和綜合軟件包——MATLAB，便于教師采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)。
本書(shū)共9章。主要介紹控制理論的基本概念和反饋控制的基本結(jié)構(gòu)；控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和借助MATLAB工具進(jìn)行系統(tǒng)建模的方法；時(shí)域分析法和控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及其計(jì)算方法；根軌跡法；頻率響應(yīng)法；控制系統(tǒng)的校正方法和控制器的設(shè)計(jì)思想；PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定；離散系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)；非線性系統(tǒng)的相平面法和描述函數(shù)法分析。
本書(shū)以例題方式介紹了MATLAB在控制理論分析和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)每一章內(nèi)容進(jìn)行了小結(jié)，并配合了一定數(shù)量的典型例題和習(xí)題，便于讀者學(xué)習(xí)和鞏固所學(xué)知識(shí)。為使學(xué)有余力者和考研學(xué)生加深對(duì)控制理論基本概念、理論的深入理解，切實(shí)提高他們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力，在各章習(xí)題末配有綜合題。
《控制理論CAI教程(第三版)》可作為自動(dòng)化、機(jī)械、電子、電氣、材料、能源、力學(xué)、冶金、動(dòng)力等專(zhuān)業(yè)的“自動(dòng)控制理論”教材，也可供其他相關(guān)人員參考。

書(shū)籍目錄

前言
第一章 概論
  1.1 控制理論發(fā)展綜述
  1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    1.2.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)
    1.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)
  1.3 反饋控制系統(tǒng)的組成和術(shù)語(yǔ)
  1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)
    1.4.1 線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)
    1.4.2 恒值控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)
    1.4.3 連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)
  1.5 對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求和本課程的任務(wù)
    1.5.1 對(duì)控制系統(tǒng)性能的要求
    1.5.2 本課程的基本內(nèi)容和要求
  習(xí)題
第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
  2.1 拉普拉斯變換
    2.1.1 拉普拉斯變換的定義和存在定理
    2.1.2 幾種典型函數(shù)的拉氏變換
    2.1.3 拉普拉斯變換的性質(zhì)
    2.1.4 有理分式函數(shù)的拉普拉斯反變換
    2.1.5 用拉普拉斯變換求解微分方程
  2.2 系統(tǒng)輸入-輸出的傳遞函數(shù)描述
  2.3 典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)模型
    2.3.1 比例環(huán)節(jié)
    2.3.2 一階環(huán)節(jié)
    2.3.3 積分和微分環(huán)節(jié)
    2.3.4 二階環(huán)節(jié)
    2.3.5 時(shí)滯環(huán)節(jié)
  2.4 用方塊圖表示的模型
  2.5 信號(hào)流程圖與梅森公式
  2.6 狀態(tài)空間模型簡(jiǎn)介
    2.6.1 狀態(tài)、狀態(tài)變量及狀態(tài)空間方程
    2.6.2 線性定?？刂葡到y(tǒng)的狀態(tài)方程描述
    2.6.3 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的結(jié)構(gòu)圖和信號(hào)流程圖
    2.6.4 傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間方程之間關(guān)系
  2.7 數(shù)學(xué)模型的MATLAB描述
    2.7.1 連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB表示
    2.7.2 離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB表示
    2.7.3 控制系統(tǒng)的建模
    2.7.4 Simulink建模方法——復(fù)雜系統(tǒng)的模型處理方法
  小結(jié)
  習(xí)趑
第三章 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法
  3.1 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性
    3.1.1 穩(wěn)定性的基本概念
    3.1.2 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性
    3.1.3 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件
    3.1.4 勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)
  3.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的MATLAB判定方法
  3.3 控制系統(tǒng)的靜態(tài)誤差
    3.3.1 典型輸入信號(hào)
    3.3.2 靜態(tài)誤差和誤差傳遞函數(shù)
    3.3.3 靜態(tài)誤差系數(shù)
    3.3.4 動(dòng)態(tài)誤差
  3.4 控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)
  3.5 一階系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)
    3.5.1 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
    3.5.2 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
    3.5.3 線性定常系統(tǒng)的重要特性
  3.6 二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)
    3.6.1 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
    3.6.2 二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)指標(biāo)
    3.6.3 二階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)
  3.7 高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)
  3.8 用MATLAB進(jìn)行暫態(tài)響應(yīng)分析
    3.8.1 線性系統(tǒng)的MATLAB表示
    3.8.2 傳遞函數(shù)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的求法
    3.8.3 脈沖響應(yīng)
    3.8.4 求脈沖響應(yīng)的另一種方法
    3.8.5 斜坡響應(yīng)
    3.8.6 系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的直接求取
  小結(jié)
  習(xí)題
第四章 根軌跡法
  4.1 根軌跡圖
  4.2 繪制根軌跡的數(shù)學(xué)依據(jù)及其性質(zhì)
    4.2.1 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的兩種表達(dá)式
    4.2.2 閉環(huán)特征方程的幾種表達(dá)形式
    4.2.3 繪制根軌跡的數(shù)學(xué)依據(jù)
  4.3 繪制根軌跡的一般規(guī)則
    4.3.1 繪制根軌跡規(guī)則的闡述
    4.3.2 繪制根軌跡規(guī)則的列表
  4.4 例題
  4.5 參數(shù)根軌跡和多回路系統(tǒng)的根軌跡
    4.5.1 參數(shù)根軌跡
    4.5.2 多回路系統(tǒng)的根軌跡
  4.6 正反饋回路和非最小相位系統(tǒng)根軌跡
    4.6.1 正反饋回路根軌跡
    4.6.2 非最小相位系統(tǒng)之根軌跡
  小結(jié)
  習(xí)題
第五章 頻率響應(yīng)法
  5.1 頻率特性
    5.1.1 由傳遞函數(shù)求系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
    5.1.2 由實(shí)驗(yàn)方法求頻率特性
    5.1.3 頻率特性的基本概念
  5.2 極坐標(biāo)圖
    5.2.1 典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特曲線
    5.2.2 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖
  5.3 對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖
    5.3.1 典型環(huán)節(jié)的伯德圖
    5.3.2 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的伯德圖
    5.3.3 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)
    5.3.4 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性與閉環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差的關(guān)系
  5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
    5.4.1 輻角原理
    5.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
    5.4.3 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)的進(jìn)一步說(shuō)明
  5.5 相對(duì)穩(wěn)定性分析
    5.5.1 用奈奎斯特圖表示相位裕量和幅值裕量
    5.5.2 用伯德圖表示相位裕量和幅值裕量
    5.5.3 對(duì)數(shù)幅頻特性中頻段與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)系
  5.6 頻域性能指標(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系
    5.6.1 開(kāi)環(huán)頻率特性中相位裕量與時(shí)域性能指標(biāo)的關(guān)系
    5.6.2 閉環(huán)頻率特性及其特征量
    5.6.3 閉環(huán)頻域特性與時(shí)域響應(yīng)性能指標(biāo)的關(guān)系
  小結(jié)
  習(xí)題
第六章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
  6.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路
  6.2 串聯(lián)校正裝置的結(jié)構(gòu)與特性
    6.2.1 超前校正
    6.2.2 滯后校正
    6.2.3 滯后一超前校正
  6.3 基于頻率法的串聯(lián)校正設(shè)計(jì)
    6.3.1 超前校正
    6.3.2 滯后校正
    6.3.3 滯后一超前校正
    6.3.4 基于頻率法的MATLAB串聯(lián)校正設(shè)計(jì)
  6.4 基于根軌跡的串聯(lián)校正設(shè)計(jì)
    6.4.1 超前校正
    6.4.2 滯后校正
    6.4.3 滯尸曠超前校正
    6.4.4 基于根軌跡的串聯(lián)校正MATLAB設(shè)計(jì)
  6.5 PID校正
    6.5.1 PII)控制器工作原理
    6.5.2 Ziegler-Nichols整定公式
  6.6 控制器的極點(diǎn)配置方法
  小結(jié)
  習(xí)題
第七章 離散系統(tǒng)分析
  7.1 離散系統(tǒng)引論
  7.2 連續(xù)信號(hào)的采樣與復(fù)現(xiàn)
    7.2.1 采樣過(guò)程及其數(shù)學(xué)描述
    7.2.2 保持器
    7.2.3 采樣定理
  7.3 z變換
    7.3.1 z變換的定義
    7.3.2 z變換性質(zhì)
    7.3.3 z變換方法
  7.4 z反變換
  7.5 脈沖傳遞函數(shù)
    7.5.1 脈沖傳遞函數(shù)的基本概念
    7.5.2 串聯(lián)環(huán)節(jié)的開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)
    7.5.3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
  7.6 求離散系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)
  7.7 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
    7.7.1 離散系統(tǒng)穩(wěn)定條件
    7.7.2 離散系統(tǒng)的勞斯穩(wěn)定判據(jù)
  7.8 離散系統(tǒng)的頻率特性分析
  7.9 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析
  7.10 采樣控制系統(tǒng)的綜合
    7.10.1 采用連續(xù)系統(tǒng)的相似校正方法
    7.10.2 串聯(lián)數(shù)字校正裝置的校正方法
    7.10.3 最少拍采樣控制系統(tǒng)的校正
  小結(jié)
  習(xí)題
第八章 非線性系統(tǒng)分析
  8.1 非線性系統(tǒng)概述
    8.1.1 非線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
    8.1.2 非線性系統(tǒng)與線性系統(tǒng)的比較
    8.1.3 非線性系統(tǒng)研究方法
    8.1.4 典型非線性環(huán)節(jié)的輸入、輸出特性
  8.2 小范圍線性近似法
  8.3 相平面的概念及相軌跡作圖方法
    8.3.1 相平面基本概念
    8.3.2 相軌跡作圖方法
  8.4 非線性控制系統(tǒng)相平面分析
  8.5 非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)
    8.5.1 描述函數(shù)的基本概念
    8.5.2 典型非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)
  8.6 非線性控制系統(tǒng)的描述函數(shù)分析
    8.6.1 非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)
    8.6.2 自持振蕩幅值與頻率的確定
    8.6.3 含典型非線性環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)分析
  小結(jié)
  習(xí)題
第九章 MATLAB語(yǔ)言簡(jiǎn)介
  9.1 系統(tǒng)仿真
  9.2 MATLAB集成環(huán)境的組成
  9.3 MATLAB的應(yīng)用基礎(chǔ)
    9.3.1 基本操作及命令
    9.3.2 MATLAB函數(shù)
    9.3.3 繪制響應(yīng)曲線
    9.3.4 MATLAB語(yǔ)言的聯(lián)機(jī)幫助功能
  9.4 經(jīng)典控制系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)
    9.4.1 控制系統(tǒng)模型
    9.4.2 時(shí)域分析
    9.4.3 根軌跡法
    9.4.4 頻域分析
    9.4.5 離散系統(tǒng)中常用的MATLAB函數(shù)
  9.5 控制系統(tǒng)分析中常用的MATLAB命令和函數(shù)
  9.6 MATLAB其他相關(guān)工具
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第一章 概論在工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，自動(dòng)控制技術(shù)起著越來(lái)越重要的作用。在電力、機(jī)械、輕工、電子、石油、化工、汽車(chē)等工業(yè)部門(mén)，在從事人造衛(wèi)星、無(wú)人駕駛、宇宙飛船、機(jī)器人、導(dǎo)彈制導(dǎo)等工作的軍事和尖端部門(mén)，在經(jīng)濟(jì)、人口、社會(huì)、生態(tài)等非生產(chǎn)部門(mén)，均不同程度地應(yīng)用控制理論的成果及技術(shù)。自動(dòng)控制是指在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置（控制器）使被控對(duì)象（如生產(chǎn)過(guò)程中的位移、速度、溫度，電力系統(tǒng)中的電壓、電流、功率等物理量，或某些化合物的成分，航空航天中的飛船姿態(tài)等）依照預(yù)定的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或變化。這種能對(duì)被控制對(duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱(chēng)為自動(dòng)控制系統(tǒng)。它一般由控制裝置和被控對(duì)象組成。在已知控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的基礎(chǔ)上，求取系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并找出這些性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)間的關(guān)系，這就是自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析。而在給定對(duì)象特性的基礎(chǔ)上，按照控制系統(tǒng)應(yīng)具備的性能指標(biāo)要求，尋求能夠全面滿足這些性能指標(biāo)要求的控制方案并合理確定控制器的參數(shù)，則是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)。自動(dòng)控制理論則是對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的一般性理論。1.1 控制理論發(fā)展綜述自動(dòng)控制系統(tǒng)的早期應(yīng)用可追溯到兩千年前古埃及的水鐘控制和我國(guó)漢代的指南車(chē)控制。

編輯推薦

《普通高等教育電氣自動(dòng)化類(lèi)國(guó)家級(jí)特色專(zhuān)業(yè)系列規(guī)劃教材:控制理論CAI教程(第3版) 》編輯推薦：控制理論是控制科學(xué)研究的重要理論基礎(chǔ)，在工業(yè)、軍事、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅猛發(fā)展，經(jīng)典控制理論的許多分析方法、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)手段也產(chǎn)生了極大的變化，在此背景下，顏文俊等的《普通高等教育電氣自動(dòng)化類(lèi)國(guó)家級(jí)特色專(zhuān)業(yè)系列規(guī)劃教材:控制理論CAI教程(第3版) 》根據(jù)全國(guó)高等院校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱的要求，主要面向本科機(jī)、電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的“自動(dòng)控制理論”教學(xué)而編寫(xiě)。通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者一方面能掌握經(jīng)典控制理論基本的分析和綜合方法，同時(shí)在使用計(jì)算機(jī)輔助工具——MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的能力方面也有所提高。

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