自動控制原理

內容概要

　　《自動控制原理（第2版）》是按照普通高等教育工程應用型本科教育系列教材的要求編寫的，比較全面地闡述了自動控制的基本理論及應用。全書共分8章，主要內容包括控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻率特性法、控制系統(tǒng)的綜合校正、非線性控制系統(tǒng)和采樣控制系統(tǒng)分析等內容。書中結合MATLAB軟件在自動控制系統(tǒng)分析、設計中的應用，在各章都有MATLAB相關知識的介紹和仿真舉例?！　　蹲詣涌刂圃恚ǖ?版）》強調基本理論及其工程應用。全書力求突出重點，強調物理概念，盡量簡化繁瑣的數(shù)學推導，敘述深入淺出，通俗易懂，各章都有較多的例題和習題?！　　蹲詣涌刂圃恚ǖ?版）》可作為應用型本科自動化、電氣工程及其自動化、機電一體化及其相關專業(yè)的教材，也可作為各類職業(yè)技術學院、?？茖W校和成人高校的相關專業(yè)教材。

書籍目錄

第2版前言第1章 緒論11.1 自動控制理論及其發(fā)展簡述11.2 自動控制的基本概念21.2.1 自動控制的基本原理21.2.2 自動控制系統(tǒng)的組成31.3 自動控制系統(tǒng)的分類41.3.1 按控制系統(tǒng)的結構分類41.3.2 按系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律分類51.3.3 按系統(tǒng)傳輸信號的特性分類61.3.4 按系統(tǒng)傳輸信號的時間性質分類71.4 對自動控制系統(tǒng)性能的基本要求7小結8習題9第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型102.1 微分方程102.1.1 微分方程的建立102.1.2 非線性微分方程的線性化112.1.3 線性定常微分方程的求解132.2 傳遞函數(shù)142.2.1 傳遞函數(shù)的基本概念142.2.2 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)152.2.3 傳遞函數(shù)的求取192.3 結構圖202.3.1 結構圖的基本概念202.3.2 結構圖的等效變換及化簡242.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)282.4 信號流圖312.4.1 信號流圖的符號及術語312.4.2 信號流圖的等效變換規(guī)則322.4.3 信號流圖與結構圖的關系322.4.4 梅遜公式及其應用332.5 MATLAB中數(shù)學模型的表示342.5.1 傳遞函數(shù)模型的MATLAB表示352.5.2 結構圖模型的MATLAB表示36小結37習題38第3章 時域分析法423.1 典型輸入信號和時域性能指標423.1.1 典型輸入信號423.1.2 時域性能指標443.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析453.2.1 穩(wěn)定的概念453.2.2 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件453.2.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)463.2.4 胡爾維茨穩(wěn)定判據(jù)503.3 控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能分析513.3.1 一階系統(tǒng)分析513.3.2 二階系統(tǒng)分析523.3.3 高階系統(tǒng)分析593.4 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析603.4.1 誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的定義603.4.2 給定輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差613.4.3 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差633.4.4 轉速負反饋調速系統(tǒng)分析643.5 MATLAB用于時域響應分析663.5.1 用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性663.5.2 用MATLAB分析系統(tǒng)的暫態(tài)性能67小結70習題70第4章 根軌跡分析法754.1 根軌跡的基本概念754.1.1 根軌跡754.1.2 根軌跡方程764.2 繪制根軌跡的方法774.2.1 繪制根軌跡的基本規(guī)則774.2.2 根軌跡繪制舉例844.3 參量根軌跡864.4 零度根軌跡884.5 用根軌跡分析系統(tǒng)性能894.5.1 由根軌跡增益Kr確定閉環(huán)極點894.5.2 由系統(tǒng)的性能指標確定閉環(huán)極點和Kr904.5.3 增加開環(huán)零、極點對系統(tǒng)性能的影響914.6 MATLAB用于根軌跡分析954.6.1 根軌跡繪制954.6.2 根軌跡分析97小結97習題98第5章 頻率特性法1015.1 頻率特性的基本概念1015.1.1 頻率響應1015.1.2 頻率特性的定義1025.1.3 頻率特性的表示1035.2 極坐標圖（奈氏圖）1055.2.1 典型環(huán)節(jié)的奈氏圖1055.2.2 控制系統(tǒng)開環(huán)奈氏圖1075.3 伯德圖1095.3.1 典型環(huán)節(jié)的伯德圖1105.3.2 控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖1135.3.3 由伯德圖確定傳遞函數(shù)1155.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)1175.4.1 輻角定理1175.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)1185.4.3 伯德圖上的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)1225.5 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性1255.5.1 相位裕量1255.5.2 幅值裕量1255.6 系統(tǒng)頻率特性與時域性能的關系1275.6.1 開環(huán)頻率特性與時域性能的關系1275.6.2 閉環(huán)頻率特性與時域性能的關系1295.7 MATLAB用于頻域分析1315.7.1 用MATLAB命令繪制頻率特性曲線1315.7.2 用MATLAB命令分析系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性133小結134習題135第6章 控制系統(tǒng)的綜合校正1396.1 系統(tǒng)校正基礎1396.2 串聯(lián)超前校正1416.2.1 超前校正裝置及特性1416.2.2 串聯(lián)超前校正設計1426.3 串聯(lián)滯后校正1456.3.1 滯后校正裝置及特性1456.3.2 串聯(lián)滯后校正設計1476.4 串聯(lián)滯后超前校正1506.4.1 滯后超前校正裝置及特性1506.4.2 串聯(lián)滯后超前校正設計1526.5 PID控制器1546.5.1 比例控制作用1556.5.2 積分控制作用1556.5.3 比例積分控制作用1566.5.4 比例微分控制作用1566.5.5 比例積分微分控制作用1576.6 串聯(lián)校正的期望特性法1586.6.1 期望特性法1586.6.2 典型期望對數(shù)幅頻特性1596.6.3 期望特性法設計舉例1606.7 局部反饋校正1626.7.1 局部反饋校正的基本原理1626.7.2 局部反饋校正設計1636.8 復合校正1666.8.1 按輸入補償?shù)膹秃闲Ｕ?666.8.2 按擾動補償?shù)膹秃闲Ｕ?676.9 基于MATLAB和Simulink的系統(tǒng)綜合校正設計1686.9.1 串聯(lián)超前校正設計1686.9.2 串聯(lián)滯后校正設計1696.9.3 Simulink在系統(tǒng)校正中的應用170小結172習題173第7章 非線性控制系統(tǒng)1767.1 非線性系統(tǒng)概述1767.1.1 非線性系統(tǒng)的特征1767.1.2 非線性系統(tǒng)的分析與設計方法1777.1.3 常見的非線性特性及其對系統(tǒng)運動的影響1777.2 描述函數(shù)法1807.2.1 描述函數(shù)的基本概念1807.2.2 典型非線性特性的描述函數(shù)1817.2.3 非線性系統(tǒng)的簡化1847.2.4 用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性1867.3 相平面法1897.3.1 相平面的基本概念1897.3.2 繪制相軌跡的方法1897.3.3 奇點和極限環(huán)1927.3.4 由相平面求時間解1957.3.5 非線性系統(tǒng)的相平面法分析1957.4 非線性特性的利用1987.5 基于Simulink的非線性系統(tǒng)分析200小結201習題201第8章 采樣控制系統(tǒng)分析2058.1 采樣控制系統(tǒng)的基本概念2058.1.1 采樣控制系統(tǒng)的基本結構2058.1.2 采樣過程與采樣定理2068.1.3 采樣信號的復現(xiàn)2078.2 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學基礎2098.2.1 z變換的定義2098.2.2 求z變換的方法2098.2.3 z變換的基本定理2128.2.4 z反變換2138.2.5 差分方程及其求解2148.3 脈沖傳遞函數(shù)2178.3.1 脈沖傳遞函數(shù)的定義2178.3.2 開環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)2188.3.3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)2208.4 采樣控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析2238.4.1 采樣系統(tǒng)的動態(tài)響應分析2238.4.2 閉環(huán)極點的位置與動態(tài)特性的關系2248.5 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析2278.5.1 z平面內的穩(wěn)定條件2278.5.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)2298.6 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析2308.7 MATLAB用于采樣控制系統(tǒng)分析2318.7.1 數(shù)學模型處理2318.7.2 動態(tài)響應分析2328.7.3 Simulink仿真分析2358.7.4 穩(wěn)定性判定235小結236習題237附錄240參考文獻243

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：第1章 緒論1.1 自動控制理論及其發(fā)展簡述自動控制技術是一種運用自動控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，通過自動控制系統(tǒng)對各類機器、各種物理參量、工業(yè)生產(chǎn)過程等實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術。隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，自動控制已廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域及社會生活的各個方面，無論是從瓦特的蒸汽機，還是阿波羅登月、海灣戰(zhàn)爭，無處不顯示著自動控制技術的威力。自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學，涉及受控對象、環(huán)境特征、控制目標和控制手段以及它們之間的相互作用，主要研究自動控制系統(tǒng)中變量的運動規(guī)律和改變這種運動規(guī)律的可能性和途徑，為建造高性能的自動控制系統(tǒng)提供必要的理論手段。古代就有具有“自動”功能的控制裝置，即稱為“水鐘”的計時器。1765年，瓦特在他發(fā)明的蒸汽機上設計的離心調速器，被公認是首例最成功應用反饋調節(jié)器的自動控制裝置。英國的麥克斯韋對它的穩(wěn)定性進行分析，于1868年發(fā)表的論文被公認為是自動控制理論的開端。根據(jù)自動控制技術的發(fā)展階段，自動控制理論一般可分為古典控制理論和現(xiàn)代控制理論。古典控制理論也就是自動控制原理，它是從20世紀20年代到20世紀40年代形成的以時域法、頻率法和根軌跡法為主要內容的一門獨立學科，以傳遞函數(shù)為基礎，研究單輸入.單輸出一類定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設計問題。20世紀60年代，在蓬勃興起的航空航天技術的推動和飛速發(fā)展的計算機技術的支持下，現(xiàn)代控制理論在古典控制理論的基礎上迅速發(fā)展起來。它以狀態(tài)空間法為基礎，研究多輸入一多輸出、時變參數(shù)、高精度復雜系統(tǒng)的控制問題，并形成了如最優(yōu)控制、最佳濾波、系統(tǒng)辨識和自適應控制等學科分支。古典控制理論和現(xiàn)代控制理論主要是針對線性系統(tǒng)的線性理論。20世紀70年代末，由于被控對象、環(huán)境、控制任務的復雜性，控制理論在非線性系統(tǒng)理論、離散事件系統(tǒng)理論、大系統(tǒng)理論、復雜系統(tǒng)理論和智能控制理論等方面均有不同程度的發(fā)展。尤其是從“仿人”概念出發(fā)的智能控制，在實際應用方面得到了很快的發(fā)展，它主要包括模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡控制和專家系統(tǒng)控制等。需要指出的是，控制理論的應用和發(fā)展是與計算機技術的應用和發(fā)展緊密聯(lián)系的，離開了計算機強大、高速的計算能力，就不可能實現(xiàn)生產(chǎn)的現(xiàn)代自動化。另外，使控制理論實用化的一個重要途徑就是數(shù)學模擬（仿真）和計算機輔助設計（CAD）。

編輯推薦

《自動控制原理(第2版)》是普通高等教育電氣工程與自動化(應用型)“十二五”規(guī)劃教材。

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