自動控制原理基礎(chǔ)教程

內(nèi)容概要

《自動控制原理基礎(chǔ)教程》簡明扼要地闡述了自動控制的基本理論與應(yīng)用。全書共分九章：前八章著重介紹經(jīng)典控制理論及應(yīng)用的主要方面，最后一章介紹現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間分析及綜合法。 
《自動控制原理基礎(chǔ)教程》精選了由胡壽松主編的《自動控制原理（第六版）》中的主要內(nèi)容，強化了工程應(yīng)用背景，系統(tǒng)介紹了現(xiàn)代MATLAB應(yīng)用技術(shù)，包括建模、時域分析、根軌跡繪制、頻域分析、前饋校正、離散系統(tǒng)分析、描述函數(shù)法計算，以及線性系統(tǒng)可控性、可觀測性和李雅普諾夫穩(wěn)定性判別以及綜合設(shè)計等內(nèi)容。 
《自動控制原理基礎(chǔ)教程》在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、控制理論、工程應(yīng)用及MATLAB仿真方面，具有系統(tǒng)性和統(tǒng)一性，適合工科高等院校使用?！蹲詣涌刂圃砘A(chǔ)教程》2006年被評為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，2012年被評為“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材。 
《自動控制原理基礎(chǔ)教程》可作為高等工科院校機械設(shè)計制造及其自動化、電子信息工程、材料成型及控制工程、測控技術(shù)與儀器、熱能與動力工程、生物醫(yī)學(xué)工程及農(nóng)業(yè)電氣化與自動化等專業(yè)56～64學(xué)時的教材，亦可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

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。近年來，主持國家自然科學(xué)基金項目6項，省部級科研項目8項，發(fā)表論文300多篇；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、專著和譯著26部，教學(xué)軟件《自動控制原理電子版》2套。曾獲國家級教學(xué)成果獎3項，全國高等學(xué)校優(yōu)秀教材獎1項。省部級教學(xué)成果獎、優(yōu)秀教材獎、科技進(jìn)步獎等7項；2003年榮獲首屆國家級教學(xué)名師獎。

書籍目錄

前言 第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論 1—1自動控制的基本原理 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)計工具 習(xí)題 第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 2—1傅里葉變換與拉普拉斯變換 2—2控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型 2—3控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型 2—4控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖 2—5控制系統(tǒng)建模的MATLAB方法 習(xí)題 第三章線性系統(tǒng)的時域分析法 3—1系統(tǒng)的時域性能指標(biāo) 3—2一階系統(tǒng)的時域分析 3—3二階系統(tǒng)的時域分析 3—4高階系統(tǒng)的時域分析 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)誤差計算 3—7 線性系統(tǒng)時域分析的MATLAB方法 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常規(guī)根軌跡的繪制法則 4—3廣義根軌跡 4—4系統(tǒng)性能的分析 4—5線性系統(tǒng)根軌跡分析的MATLAB方法 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)頻率特性 5—3頻域穩(wěn)定判據(jù) 5—4頻域穩(wěn)定裕度 5—5閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo) 5—6線性系統(tǒng)頻域分析的MATLAB方法 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線性系統(tǒng)校正的MATLAB方法 習(xí)題 第七章線性離散系統(tǒng)的分析 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 線性離散系統(tǒng)分析的MATLAB方法 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)運動的影響 8—3描述函數(shù)法 8—4非線性系統(tǒng)分析的MATLAB方法 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狀態(tài)空間分析的MATLAB方法 習(xí)題 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   1.頻率響應(yīng)法校正設(shè)計 在線性控制系統(tǒng)中，常用的校正裝置設(shè)計方法有分析法和綜合法兩種。 分析法又稱試探法。用分析法設(shè)計校正裝置比較直觀，在物理上易于實現(xiàn)，但要求設(shè)計者有一定的工程設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計過程帶有試探性。目前工程技術(shù)界多采用分析法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。 綜合法又稱期望特性法。這種設(shè)計方法從閉環(huán)系統(tǒng)性能與開環(huán)系統(tǒng)特性密切相關(guān)這一概念出發(fā)，根據(jù)規(guī)定的性能指標(biāo)要求確定系統(tǒng)期望的開環(huán)特性形狀，然后與系統(tǒng)原有開環(huán)特性相比較，從而確定校正方式、校正裝置的形式和參數(shù)。綜合法有廣泛的理論意義，但希望的校正裝置傳遞函數(shù)可能相當(dāng)復(fù)雜，在物理上難以準(zhǔn)確實現(xiàn)。 應(yīng)當(dāng)指出，不論是分析法或綜合法，其設(shè)計過程一般僅適用于最小相位系統(tǒng)。 在頻域內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，是一種間接設(shè)計方法，因為設(shè)計結(jié)果滿足的是一些頻域指標(biāo)，而不是時域指標(biāo)。然而，在頻域內(nèi)進(jìn)行設(shè)計又是一種簡便的方法，在伯德圖上雖然不能嚴(yán)格定量地給出系統(tǒng)的動態(tài)性能，但卻能方便地根據(jù)頻域指標(biāo)確定校正裝置的參數(shù)，特別是對已校正系統(tǒng)的高頻特性有要求時，采用頻域法校正較其他方法更為方便。頻域設(shè)計的這種簡便性，是由于開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性與閉環(huán)系統(tǒng)的時間響應(yīng)有關(guān)。一般地說，開環(huán)頻率特性的低頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能；開環(huán)頻率特性的中頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能；開環(huán)頻率特性的高頻段表征了閉環(huán)系統(tǒng)的復(fù)雜性和噪聲抑制性能。因此，用頻域法設(shè)計控制系統(tǒng)的實質(zhì)，就是在系統(tǒng)中加入頻率特性形狀合適的校正裝置，使開環(huán)系統(tǒng)頻率特性形狀變成所期望的形狀：低頻段增益充分大，以保證穩(wěn)態(tài)誤差要求；中頻段對數(shù)幅額特性斜率一般為—20dB／dec，并占據(jù)充分寬的頻帶，以保證具備適當(dāng)?shù)南嘟窃６?；高頻段增益盡快減小，以削弱噪聲影響，若系統(tǒng)原有部分高頻段已符合該種要求，則校正時可保持高頻段形狀不變，以簡化校正裝置的形式。 2.串聯(lián)超前校正 利用超前網(wǎng)絡(luò)或PD控制器進(jìn)行串聯(lián)校正的基本原理，是利用超前網(wǎng)絡(luò)或PD控制器的相角超前特性。只要正確地將超前網(wǎng)絡(luò)的交接頻率1/（aT）和1/T選在待校正系統(tǒng)截止頻率的兩旁，并適當(dāng)選擇參數(shù)a和T，就可以使已校正系統(tǒng)的截止頻率和相角裕度滿足性能指標(biāo)的要求，從而改善閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能。閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能要求，可通過選擇已校正系統(tǒng)的開環(huán)增益來保證。用頻域法設(shè)計無源超前網(wǎng)絡(luò)的步驟如下： 1）根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差要求，確定開環(huán)增益K。 2）利用已確定的開環(huán)增益，計算待校正系統(tǒng)的相角裕度。 3）根據(jù)截止頻率ω″c的要求，計算超前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)a和T。

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