自動控制原理

內(nèi)容概要

《"十二五"普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材?《自動控制原理》立體化教材:自動控制原理(第6版)》比較全面地闡述了自動控制的基本理論與應(yīng)用。全書共分十章，前八章著重介紹經(jīng)典控制理論及應(yīng)用，后兩章介紹現(xiàn)代控制理論中的線性系統(tǒng)理論和最優(yōu)控制理論。
《"十二五"普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材?《自動控制原理》立體化教材:自動控制原理(第6版)》精選了第五版中的主要內(nèi)容，加強(qiáng)了對基本理論及其工程應(yīng)用的闡述。書中深入淺出地介紹了自動控制的基本概念，控制系統(tǒng)在時(shí)域、頻域和復(fù)域中的數(shù)學(xué)模型及其結(jié)構(gòu)圖和信號流圖；比較全面地闡述了線性控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法以及校正和設(shè)計(jì)等方法；對線性離散系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)定性及穩(wěn)態(tài)誤差、動態(tài)性能分析以及數(shù)字校正等問題，進(jìn)行了比較詳細(xì)的討論；在非線性控制系統(tǒng)分析方面，給出了相平面和描述函數(shù)兩種常用的分析方法，對目前應(yīng)用日益增多的非線性控制的逆系統(tǒng)方法也作了較為詳細(xì)的介紹；最后兩章根據(jù)高新技術(shù)發(fā)展的需要，系統(tǒng)地闡述了線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合，以及動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制等方法。書末給出的兩個(gè)附錄，可供讀者在學(xué)習(xí)中查閱。
與《"十二五"普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材?《自動控制原理》立體化教材:自動控制原理(第6版)》配套的課件《自動控制原理CAI課件》（科學(xué)出版社，2009），利于滿足教學(xué)需要；與《自動控制原理（第六版）》配套的教材為《自動控制原理習(xí)題解析》及《自動控制原理題海與考研指導(dǎo)》，其中附贈光盤《MATLAB輔助分析與設(shè)計(jì)軟件》。
《"十二五"普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材?《自動控制原理》立體化教材:自動控制原理(第6版)》1985年被評為航空工業(yè)部優(yōu)秀教材，1988年被評為全國優(yōu)秀教材，1993年起三次獲得國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，2006年被評為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，2008年被評為普通高等教育國家級精品教材，2012年被評為“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材。
《"十二五"普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材?《自動控制原理》立體化教材:自動控制原理(第6版)》可作為高等工科院校自動控制、工業(yè)自動化、電氣自動化、儀表及測試、機(jī)械、動力、冶金等專業(yè)的教材，亦可供從事自動控制類的各專業(yè)工程技術(shù)人員自學(xué)參考。

作者簡介

胡壽松，1937年生于南京，1960年畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)自動控制系，長期致力于控制理論與應(yīng)用的研究和教學(xué)，現(xiàn)任南京航空航天大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、國家級教學(xué)名師。近年來，主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)，省那級科研項(xiàng)目8項(xiàng)，發(fā)表論文200余篇；自1961年起一直擔(dān)任“自動控制原理”課程主講，該課程被評為“2003年國家級精品課程”，1980年起先后主講“現(xiàn)代控制理論”、“最優(yōu)控制理論”等8門本科及研究生課程；出版《自動控制原理》、《自動控制原理簡明教程》、《最優(yōu)控制理論與系統(tǒng)》等教材、專著與譯著15部，教學(xué)軟件《自動控制原理電子版1.0》1套。曾獲國家級教學(xué)成果獎(jiǎng)5項(xiàng)，全國高等學(xué)校優(yōu)秀教材獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級教學(xué)成果獎(jiǎng)、優(yōu)秀教材獎(jiǎng)、科技進(jìn)步獎(jiǎng)等5項(xiàng)；2003年獲首屆國家級教學(xué)名師獎(jiǎng)。

書籍目錄

第六版前言 第一章 自動控制的一般概念 1—1 自動控制的基本原理與方式 1—2 自動控制系統(tǒng)示例 1—3 自動控制系統(tǒng)的分類 1—4 對自動控制系統(tǒng)的基本要求 1—5 自動控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)工具 習(xí)題 第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 2—1 控制系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型 2—2 控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型 2—3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖 2—4 控制系統(tǒng)建模實(shí)例 習(xí)題 第三章 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法 3—1 系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性能指標(biāo) 3—2 一階系統(tǒng)的時(shí)域分析 3—3 二階系統(tǒng)的時(shí)域分析 3—4 高階系統(tǒng)的時(shí)域分析 3—5 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 3—6 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算 3—7 控制系統(tǒng)時(shí)域設(shè)計(jì) 習(xí)題 第四章 線性系統(tǒng)的根軌跡法 4—1 根軌跡法的基本概念 4—2 根軌跡繪制的基本法則 4—3 廣義根軌跡 4—4 系統(tǒng)性能的分析 4—5 控制系統(tǒng)復(fù)域設(shè)計(jì) 習(xí)題 第五章 線性系統(tǒng)的頻域分析法 5—1 頻率特性 5—2 典型環(huán)節(jié)與開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性 5—3 頻率域穩(wěn)定判據(jù) 5—4 穩(wěn)定裕度 5—5 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo) 5—6 控制系統(tǒng)頻域設(shè)計(jì) 習(xí)題 第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 6—1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正問題 6—2 常用校正裝置及其特性 6—3 串聯(lián)校正 6—4 前饋校正 6—5 復(fù)合校正 6—6 控制系統(tǒng)校正設(shè)計(jì) 習(xí)題 第七章 線性離散系統(tǒng)的分析與校正 7—1 離散系統(tǒng)的基本概念 7—2 信號的采樣與保持 7—3 z變換理論 7—4 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 7—5 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差 7—6 離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析 7—7 離散系統(tǒng)的數(shù)字校正 7—8 離散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 習(xí)題 第八章 非線性控制系統(tǒng)分析 8—1 非線性控制系統(tǒng)概述 8—2 常見非線性特性及其對系統(tǒng)運(yùn)動的影響 8—3 相平面法 8—4 描述函數(shù)法 8—5 非線性控制的逆系統(tǒng)方法 8—6 非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 習(xí)題 第九章 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合 9—1 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 9—2 線性系統(tǒng)的可控性與可觀測性 9—3 線性定常系統(tǒng)的反饋結(jié)構(gòu)及狀態(tài)觀測器 9—4 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析 9—5 控制系統(tǒng)狀態(tài)空間設(shè)計(jì) 習(xí)題 第十章 動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制方法 10—1 最優(yōu)控制的一般概念 10—2 最優(yōu)控制中的變分法 10—3 極小值原理及其應(yīng)用 10—4 線性二次型問題的最優(yōu)控制 10—5 控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 習(xí)題 參考文獻(xiàn) 附錄A 傅里葉變換和拉普拉斯變換 附錄B MATLAB輔助分析與設(shè)計(jì)法 名詞索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   （3）飽和特性 飽和特性的等效增益曲線表明，飽和現(xiàn)象將使系統(tǒng)的開環(huán)增益在飽和區(qū)時(shí)下降?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為使功能元件得到充分利用，應(yīng)力求使功放級首先進(jìn)入飽和；為獲得較好的動態(tài)性能，應(yīng)通過選擇合適線性區(qū)增益和飽和電壓，使系統(tǒng)既能獲得較小的超調(diào)量，又能保證較大的開環(huán)增益，減小穩(wěn)態(tài)誤差。飽和區(qū)對系統(tǒng)運(yùn)動的影響如圖8—8（c）中虛線所示，其中實(shí)線為線性系統(tǒng)輸出響應(yīng)。 （4）間隙特性 間隙的存在，相當(dāng)于死區(qū)的影響，降低系統(tǒng)的跟蹤精度。由于間隙為非單值函數(shù)，對于相同的輸入值x（t），輸出y（t）的取值還取決于x（t）的符號，因而受其影響負(fù)載系統(tǒng)的運(yùn)動變化劇烈。首先分析能量的變化，由于主動輪轉(zhuǎn)向時(shí)，需要越過兩倍的齒隙，其間不驅(qū)動負(fù)載，因而導(dǎo)致能量積累。當(dāng)主動輪越過齒隙重新驅(qū)動負(fù)載時(shí)，積累能量的釋放將使負(fù)載運(yùn)動變化加劇。若間隙過大，則蓄能過多，將會造成系統(tǒng)自振。若分析等效增益曲線，可以發(fā)現(xiàn)，在主動輪轉(zhuǎn)向和越過齒隙的瞬間，等效增益曲線發(fā)生切變。而在x（t）過零處，等效增益將產(chǎn)生+∞到—∞的跳變。x（t）信號過零時(shí)，k趨于+∞，x（t）以高頻振蕩形式收斂，而過零后，k由—∞趨于0，系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定，輸出表現(xiàn)為迅速發(fā)散。上述分析表明，間隙特性將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，如圖8—8（d）中虛線所示，其中實(shí)線為線性系統(tǒng)輸出響應(yīng)。 （5）摩擦特性 摩擦對系統(tǒng)性能的影響最主要的是造成系統(tǒng)低速運(yùn)動的不平滑性，即當(dāng)系統(tǒng)的輸入軸作低速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出軸的旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)跳躍式的變化。這種低速爬行現(xiàn)象是由靜摩擦到動摩擦的跳變產(chǎn)生的。傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖8—9（a）所示，其中J為轉(zhuǎn)動慣量，i為齒輪系速比，θ（t）為輸 出軸角度，由于輸入轉(zhuǎn)矩需要克服靜態(tài)轉(zhuǎn)矩F1方使輸出軸由靜止開始轉(zhuǎn)動，而一旦輸出軸轉(zhuǎn)動，摩擦轉(zhuǎn)矩即由F1迅速降為動態(tài)轉(zhuǎn)矩F2，因而造成輸出軸在小角度（零附近）產(chǎn)生跳躍式變化。反映在等效增益上，在x（t）為零處表現(xiàn)為能量為F1的正脈沖和能量為F1—F2的負(fù)脈沖。對于雷達(dá)、天文望遠(yuǎn)鏡、火炮等高精度控制系統(tǒng)，這種脈沖式的輸出變化產(chǎn)生的低速爬行現(xiàn)象往往導(dǎo)致不能跟蹤目標(biāo)，甚至丟失目標(biāo)，如圖8—9（b）中虛線所示。 以上主要是通過等效增益概念在一般意義上針對特定的系統(tǒng)定性分析了常見非線性因素對系統(tǒng)性能的影響，在其他情況下不一定適用，具體問題必須具體分析。而欲獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)論，還應(yīng)采用有效的方法對非線性系統(tǒng)作進(jìn)一步的定量分析和研究。

編輯推薦

《"十二五"普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材?立體化教材:自動控制原理(第6版)》共分十章分別是：自動控制的一般概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法、線性系統(tǒng)的根軌跡法、線性系統(tǒng)的頻域分析法、線性系統(tǒng)的校正方法、線性離散系統(tǒng)的分析與校正、非線性控制系統(tǒng)分析、線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合、動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制方法等內(nèi)容。

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