自動控制原理（上冊）

內(nèi)容概要

　　《自動控制原理（上冊）（第2版）》是一套改革傳統(tǒng)體系、將控制理論的兩部分基礎(chǔ)內(nèi)容：經(jīng)典控制理論與“現(xiàn)代”控制理論（即狀態(tài)空間法基礎(chǔ)）有機(jī)結(jié)合而編寫的具有鮮明特色的新體系教材。全書從現(xiàn)代控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征（即必須在干擾和不確定性條件下可靠和有效地工作）出發(fā)展開討論，不僅定性而且定量地分析反饋控制的作用并闡明自動控制系統(tǒng)的基本組成原理和構(gòu)建高精度控制系統(tǒng)的基本思路，規(guī)范線性定常（連續(xù)與離散、單變量與多變量）系統(tǒng)的零極點(diǎn)的定義，建立統(tǒng)一的線性定常（連續(xù)與離散）系統(tǒng)理論框架和線性系統(tǒng)“經(jīng)典”與“現(xiàn)代”控制理論有機(jī)結(jié)合的新體系。使讀者在對比中認(rèn)識“經(jīng)典”與“現(xiàn)代”控制理論，用統(tǒng)一的觀點(diǎn)建立對控制理論基礎(chǔ)知識的總體概念，在統(tǒng)一的理論框架下以現(xiàn)代控制科學(xué)的觀點(diǎn)和新的視角審視、理解和闡述經(jīng)典控制理論的有關(guān)內(nèi)容，并將線性離散系統(tǒng)理論放在主要地位來介紹，而在具體內(nèi)容和方法上仍保持“經(jīng)典”與“現(xiàn)代”控制理論的各自表達(dá)方式和系統(tǒng)性。在內(nèi)容的組織上注重理論上的基礎(chǔ)性和工程上的實(shí)用性，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際和系統(tǒng)優(yōu)化意識，引入國際流行的MATLAB／Simulink軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，并增大教材的靈活性和可用性以滿足不同層次、不同要求教學(xué)和讀者自學(xué)的需要。該教材符合國際控制理論教材發(fā)展趨勢，體系新穎、內(nèi)容系統(tǒng)、分析詳盡、例題豐富，例題數(shù)量比第一版增加了一倍多，達(dá)370多道，可為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)和個性發(fā)展以及在職人員的自學(xué)創(chuàng)造條件，并為教師實(shí)施因材施教、按需組織教學(xué)提供靈活選擇的空間。

作者簡介

黃家英，福建永春縣人。1958年畢業(yè)于浙江大學(xué)電機(jī)工程系。現(xiàn)為四川大學(xué)自動化系教授，四川省自動化與儀器儀表學(xué)會榮譽(yù)理事，國務(wù)院特殊津貼獲得者。在教學(xué)研究方面，積極改革“自動控制理論”傳統(tǒng)的教學(xué)體系，探索和構(gòu)建將其兩部分基礎(chǔ)內(nèi)容——線性系統(tǒng)的經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論(即狀態(tài)空間法基礎(chǔ))有機(jī)結(jié)合的新體系。1991年出版新體系教材《自動控制原理》(上、下冊)，1996年該書獲得第三屆全國普通高校工科電子類專業(yè)優(yōu)秀教材獎。在世紀(jì)之交，承擔(dān)多項(xiàng)四川省教學(xué)改革與研究項(xiàng)目，在國內(nèi)外會議和刊物上發(fā)表有關(guān)新體系論文10余篇，其中五次(1998、1992、1994、2007年和2009年)在全國自動化教育學(xué)術(shù)會議上發(fā)表的新體系論文均被評為大會優(yōu)秀論文。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 引言1.2 自動控制系統(tǒng)的基本形式1.2.1 開環(huán)控制系統(tǒng)1.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)1.2.3 智能化發(fā)展趨勢1.3 自動控制的基本方式1.3.1 反饋控制與順饋控制1.3.2 復(fù)合控制1.4 自動控制系統(tǒng)的基本類型1.4.1 連續(xù)控制系統(tǒng)與離散控制系統(tǒng)1.4.2 線性控制系統(tǒng)與非線性控制系統(tǒng)1.4.3 定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)1.4.4 恒值控制系統(tǒng)與隨動控制系統(tǒng)1.5 對自動控制系統(tǒng)的基本要求1.5.1 基本要求1.5.2 典型輸入信號1.6 歷史的回顧與全書的體系結(jié)構(gòu)小結(jié)典型例題分析習(xí)題第2章 線性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述2.1 引言2.2 拉普拉斯變換2.3 輸入輸出描述法2.3.1 輸入輸出微分方程的建立及其求解2.3.2 傳遞函數(shù)與傳遞函數(shù)零點(diǎn)和極點(diǎn)2.3.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)2.3.4 多變量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)陣2.4 數(shù)學(xué)模型圖示法與反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2.4.1 結(jié)構(gòu)圖2.4.2 信號流圖與梅森增益公式2.4.3 狀態(tài)變量圖2.4.4 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2.4.5 應(yīng)用MATLAB求反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2.5 狀態(tài)空間描述法2.5.1 狀態(tài)與狀態(tài)空間2.5.2 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式2.5.3 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的建立2.5.4 系統(tǒng)零極點(diǎn)及其與傳遞函數(shù)零極點(diǎn)的關(guān)系2.5.5 應(yīng)用MATLAB求線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式2.6 傳遞函數(shù)(陣)描述與狀態(tài)空間描述之間的相互轉(zhuǎn)換2.6.1 由狀態(tài)空間描述轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)(陣)2.6.2 由傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間描述2.6.3 應(yīng)用MATLAB進(jìn)行模型之間的相互轉(zhuǎn)換和求零極點(diǎn)2.7 工程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立2.7.1 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化2.7.2 典型機(jī)電控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間表達(dá)式2.7.3 典型機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與相似性原理2.7.4 典型液面控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間表達(dá)式2.7.5 熱力控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與狀態(tài)空間表達(dá)式小結(jié)典型例題分析習(xí)題第3章 線性控制系統(tǒng)的運(yùn)動分析3.1 引言3.1.1 分析的出發(fā)點(diǎn)與基本內(nèi)容3.1.2 線性控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)3.2 線性控制系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)3.2.1 基于輸入輸出描述線性定常系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)3.2.2 基于狀態(tài)空間描述線性定常系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)3.2.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣與線性時變系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)3.2.4 應(yīng)用MATLAB求控制系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)3.3 線性控制系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)3.3.1 基于輸入輸出描述線性定常系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)3.3.2 基于狀態(tài)空間描述線性系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)3.3.3 應(yīng)用MATLAB求控制系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)3.4 控制系統(tǒng)運(yùn)動的穩(wěn)定性3.4.1 內(nèi)部穩(wěn)定性3.4.2 外部穩(wěn)定性及其與內(nèi)部穩(wěn)定性之間的關(guān)系3.4.3 勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)3.4.4 李雅普諾夫第一方法3.5 線性控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性3.5.1 單位階躍響應(yīng)與性能指標(biāo)3.5.2 一階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性3.5.3 二階規(guī)范系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性3.5.4 添加零點(diǎn)對二階規(guī)范系統(tǒng)暫態(tài)特性的影響3.5.5 高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)特性3.6 線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差3.6.1 跟蹤穩(wěn)態(tài)誤差3.6.2 擾動穩(wěn)態(tài)誤差3.7 反饋控制的作用與閉環(huán)系統(tǒng)的基本控制律：PID控制3.7.1 反饋控制的作用與控制系統(tǒng)靈敏度的分析3.7.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本控制律：PID控制小結(jié)典型例題分析習(xí)題第4章 根軌跡法4.1 引言4.2 根軌跡的基本原理與繪制方法4.2.1 輻角條件與幅值條件4.2.2 根軌跡法的一般步驟4.2.3 繪制根軌跡的基本規(guī)則4.2.4 參數(shù)根軌跡4.3 應(yīng)用MATLAB繪制根軌跡和對系統(tǒng)進(jìn)行分析4.4 零度根軌跡4.5 根軌跡族4.6 根軌跡綜合法4.6.1 校正的基本方式4.6.2 添加開環(huán)零極點(diǎn)對根軌跡形狀的影響4.6.3 校正裝置4.7 串聯(lián)校正的綜合4.7.1 串聯(lián)超前校正的綜合4.7.2 串聯(lián)遲后校正的綜合4.7.3 串聯(lián)遲后一超前校正的綜合4.8 局部反饋校正的綜合小結(jié)典型例題分析習(xí)題第5章 頻率響應(yīng)分析法5.1 引言5.1.1 頻率響應(yīng)法的基本概念5.1.2 頻率特性的圖示方法5.1.3 頻率特性與零極點(diǎn)的關(guān)系5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性5.2.1 比例環(huán)節(jié)的頻率特性5.2.2 積分環(huán)節(jié)與微分環(huán)節(jié)的頻率特性5.2.3 慣性環(huán)節(jié)與一階微分環(huán)節(jié)的頻率特性5.2.4 振蕩環(huán)節(jié)與二階微分環(huán)節(jié)的頻率特性5.2.5 非最小相位環(huán)節(jié)的頻率特性5.3 控制系統(tǒng)頻率特性圖的繪制5.3.1 控制系統(tǒng)對數(shù)頻率特性圖的繪制5.3.2 控制系統(tǒng)幅相頻率特性圖的繪制5.3.3 應(yīng)用MATLAB繪制控制系統(tǒng)的頻率特性圖5.4 閉環(huán)頻率特性5.4.1 應(yīng)用MATLAB繪制尼科爾斯圖5.4.2 閉環(huán)頻率特性的基本特點(diǎn)5.5 頻率特性函數(shù)的若干重要性質(zhì)5.6 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)5.6.1 映射定理5.6.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)5.6.3 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的對數(shù)坐標(biāo)圖形式5.7 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量與魯棒性5.8 控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能的分析計(jì)算5.8.1 應(yīng)用頻率特性計(jì)算二階規(guī)范系統(tǒng)的暫態(tài)性能5.8.2 應(yīng)用頻率特性估算實(shí)際控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能5.8.3 應(yīng)用開環(huán)頻率特性計(jì)算控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能5.9 應(yīng)用頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)法確定傳遞函數(shù)小結(jié)典型例題分析習(xí)題附錄上冊部分習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：作用于系統(tǒng)的輸入信號可分為兩大類：一類是有用的輸入信號，它決定系統(tǒng)被控量的變化規(guī)律，通常稱其為參考輸入信號；另一類為擾動（或干擾信號）和不確定性因素，它們妨礙系統(tǒng)被控量按照預(yù)定的規(guī)律變化。作用于系統(tǒng)的擾動包含兩部分：由系統(tǒng)外部因素造成的擾動（例如電源電壓的波動、電動機(jī)負(fù)載和環(huán)境溫度的變化、飛行中氣流的沖擊等），稱為外部擾動，簡稱外擾；由系統(tǒng)內(nèi)部因素造成的擾動（例如所使用元器件的老化、磨損和特性的變化等），稱為內(nèi)部擾動，簡稱內(nèi)擾。作用于系統(tǒng)的不確定性因素包括系統(tǒng)內(nèi)部特性和參數(shù)因運(yùn)行、環(huán)境條件和產(chǎn)品質(zhì)量等而引起的不確定性變化，外界對系統(tǒng)的不確定性擾動以及描述系統(tǒng)特性的數(shù)學(xué)模型的不精確性等。一般來說，擾動和不確定性因素是不可避免的，不同的系統(tǒng)只是其具體形式和嚴(yán)重的程度不一樣?，F(xiàn)代工程系統(tǒng)的一個本質(zhì)特征是：必須在擾動和不確定性因素作用下可靠和有效地工作。因此，無法回避的擾動和不確定性因素成為制約控制系統(tǒng)性能提高的一個重要因素。此外，系統(tǒng)又涉及各類工程技術(shù)領(lǐng)域，遍布現(xiàn)代社會生活的各個方面，它們的物理屬性又各不相同，例如有工業(yè)控制系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)、社會系統(tǒng)……，工業(yè)控制系統(tǒng)又包括電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣傳動系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。因此，自動控制理論學(xué)科以及本課程具有下列兩個特點(diǎn)。

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《自動控制原理(上冊)(第2版)》是普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材。

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