自動(dòng)控制原理

前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，面對(duì)高科技的迅猛發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生了巨大的進(jìn)步，自動(dòng)控制理論也得到不斷地發(fā)展和完善。為了培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)需要的高質(zhì)量人才，近年來(lái)，我國(guó)各大學(xué)不斷進(jìn)行深入的教學(xué)改革。本教材第1版是在面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系全面改革的進(jìn)程中，參照教育部新大綱的要求，根據(jù)自動(dòng)化學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)，編寫的新一輪教材。該教材第1版發(fā)行后，其特色和實(shí)用性很快受到讀者的歡迎，同時(shí)被許多高校選為教材。在發(fā)行9年的時(shí)間里，重復(fù)印刷了12次，印數(shù)達(dá)5萬(wàn)冊(cè)。2005年，在國(guó)防工業(yè)出版社的推薦下，通過(guò)教育部專家的評(píng)審，本教材人選教育部普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材建設(shè)項(xiàng)目。近年來(lái)，經(jīng)過(guò)第l版教材的教學(xué)實(shí)踐，不斷地探索、研究教學(xué)內(nèi)容，總結(jié)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，按國(guó)家“十一五”規(guī)劃教材建設(shè)要求，重新對(duì)教材進(jìn)行編寫修訂。本書第2版的編寫仍然突出三個(gè)特色，一是更適應(yīng)當(dāng)代教學(xué)的要求，在內(nèi)容選擇上更加精練，理論闡述深入淺出，突出物理概念，緊密結(jié)合工程實(shí)踐，并根據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，編人了近年來(lái)國(guó)際上流行的MATLAB仿真方法，將經(jīng)典理論與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使課程更符合國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)；二是更便于學(xué)生自學(xué)，對(duì)于理論性較強(qiáng)的部分，作了更詳細(xì)的闡述和論證，使學(xué)生易于讀懂，從而節(jié)省課堂學(xué)時(shí)；三是書中各章均配有學(xué)習(xí)指導(dǎo)和例題精解，以指導(dǎo)學(xué)生提高解題能力，靈活掌握所學(xué)內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)了習(xí)題解答、學(xué)習(xí)指導(dǎo)與教科書三者合一的編寫特色，其內(nèi)容和例題的精選均具有較強(qiáng)的代表性，特別適合準(zhǔn)備考試、考研的學(xué)生復(fù)習(xí)，不必查閱大量的參考書和試題集，節(jié)省大量時(shí)間和精力。本書第2版在編寫內(nèi)容上進(jìn)行了全面的修訂，根據(jù)近幾年的教學(xué)體會(huì)，再度精選了各章的內(nèi)容，削枝強(qiáng)干，深入淺出，以最基本的內(nèi)容為主線，注重工程概念，保持實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，使其更適宜用作大學(xué)的教材。特別重新撰寫了第3章時(shí)域分析法、第4章根軌跡法、第7章非線性系統(tǒng)的全部?jī)?nèi)容，對(duì)第5章頻率法中奈氏判據(jù)的證明和第7章的串聯(lián)校正內(nèi)容均作了相應(yīng)的修訂。同時(shí)，為了加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合，突出實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，本書增加了最后一章，編寫了以國(guó)際控制界最流行的MATLAB仿真和實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)為手段的技能性訓(xùn)練內(nèi)容，彌補(bǔ)了近年來(lái)教學(xué)實(shí)踐上存在的薄弱環(huán)節(jié)。這一章配合全書所講理論，在計(jì)算工具和設(shè)計(jì)方法上提供了方便而實(shí)用的手段。即使沒(méi)有接觸過(guò)MATLAB的讀者，也能通過(guò)本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，輕松掌握MATLAB方法。該章實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均經(jīng)過(guò)精心的設(shè)計(jì)和篩選，精練且實(shí)用，通過(guò)電子模擬的實(shí)驗(yàn)手段，鍛煉學(xué)生的操作技能，真正指導(dǎo)學(xué)生達(dá)到學(xué)以致用。本教材可作為普通高校自動(dòng)化、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、儀器儀表、測(cè)控、機(jī)械、動(dòng)力、冶金等專業(yè)的教材，也可作為成人教育和繼續(xù)教育的教材，還可作為科技人員參考用書。本教材第1、2、3、8、9章由王劃一編寫，第4、5、6、7章由楊西俠編寫。對(duì)于本版中存在的錯(cuò)誤和不妥之處，懇請(qǐng)廣大讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

本書第2版作為國(guó)家級(jí)“十一五”規(guī)劃教材是在第1版面向21世紀(jì)高等院校教材基礎(chǔ)上修訂而成的。書中全面系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)控制理論基本分析和設(shè)計(jì)方法。全書共分9章，前6章介紹連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、時(shí)域分析、根軌跡分析、頻域分析以及系統(tǒng)的校正等方法。第7章介紹非線性系統(tǒng)的基本分析方法，其中包括相平面法和描述函數(shù)法。第8章介紹離散控制系統(tǒng)的理論，用時(shí)域法分析了離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)誤差，以及數(shù)字校正等問(wèn)題。新增加的第9章內(nèi)容，精練地介紹了目前國(guó)際控制界流行的 MATLAB仿真方法，并精心設(shè)計(jì)了經(jīng)典的模擬實(shí)驗(yàn)以供讀者訓(xùn)練之用。在附錄中增加了拉普拉斯變換和MATLAB應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)以供讀者查用。    為便于讀者自學(xué)，本書精心選編了大量解題指導(dǎo)，旨在加強(qiáng)學(xué)生的課后訓(xùn)練，提高分析設(shè)計(jì)能力，以便學(xué)生靈活運(yùn)用各章方法。同時(shí)，根據(jù)多年的考研輔導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，精選了重要例題附在其中，對(duì)考研復(fù)習(xí)意義重大。加之各章配有的內(nèi)容總結(jié)、提要和學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)指導(dǎo)，提綱挈領(lǐng)地把本章內(nèi)容串成一條主線，相互聯(lián)系起來(lái)，有利于突出重點(diǎn)和牢固掌握基本知識(shí)。    本教材可作為普通高校自動(dòng)化、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、儀器儀表、測(cè)控、機(jī)械、動(dòng)力、冶金等專業(yè)的教材，也可作為成人教育和繼續(xù)教育的教材，還可作為科技人員參考用書。

書籍目錄

第1章 自動(dòng)控制的基本概念  1.1 引言  1.2 自動(dòng)控制的基本知識(shí)    1.2.1 自動(dòng)控制問(wèn)題的提出    1.2.2 自動(dòng)控制的定義及基本職能元件    1.2.3 自動(dòng)控制中的一些術(shù)語(yǔ)及方框圖  1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式    1.3.1 開環(huán)控制    1.3.2 閉環(huán)控制    1.3.3 開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較  1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類及基本組成    1.4.1 按給定信號(hào)的特征分類    1.4.2 按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分類    1.4.3 按信號(hào)傳遞的連續(xù)性分類    1.4.4 按系統(tǒng)的輸入與輸出信號(hào)的數(shù)量分類    1.4.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成  1.5 對(duì)控制系統(tǒng)的要求和分析設(shè)計(jì)    1.5.1 對(duì)系統(tǒng)的要求    1.5.2 控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)  1.6 自動(dòng)控制理論的發(fā)展概況    1.6.1 早期的自動(dòng)控制工作    1.6.2 經(jīng)典控制理論    1.6.3 現(xiàn)代控制理論  1.7 例題精解  學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)  習(xí)題第2章 控制系統(tǒng)韻數(shù)學(xué)模型  2.1 引言    2.1.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)    2.1.2 數(shù)學(xué)模型的類型    2.1.3 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建模原則  2.2 系統(tǒng)微分方程的建立    2.2.1 列寫微分方程式的一般步驟    2.2.2 機(jī)械系統(tǒng)舉例    2.2.3 電路系統(tǒng)舉例    2.2.4 實(shí)際物理系統(tǒng)線性微分方程的一般特征    2.2.5 電樞控制直流電動(dòng)機(jī)    2.2.6 復(fù)雜系統(tǒng)微分方程的列寫  2.3 非線性數(shù)學(xué)模型線性化    2.3.1 小偏差線性化的概念    2.3.2 線性化的意義及常用方法    2.3.3 系統(tǒng)線性化的條件及步驟    2.3.4 關(guān)于線性化的幾點(diǎn)說(shuō)明    2.4 線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)    2.4.1 線性常系數(shù)微分方程的求解    2.4.2 傳遞函數(shù)的定義和實(shí)際意義    2.4.3 傳遞函數(shù)的性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)  2.5 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)  2.6 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖    2.6.1 結(jié)構(gòu)圖的定義及基本組成    2.6.2 結(jié)構(gòu)圖的繪制步驟    2.6.3 結(jié)構(gòu)圖的基本連接形式    2.6.4 結(jié)構(gòu)圖的等效變換    2.6.5 結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化  2.7 信號(hào)流圖及梅遜公式    2.7.1 信號(hào)流圖的基本概念    2.7.2 信號(hào)流圖的繪制方法    2.7.3 梅遜增益公式  2.8 例題精解  學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)  習(xí)題第3章 時(shí)域分析法第4章 根軌跡法第5章 線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法第6章 控制系統(tǒng)的校正第7章 非線性系統(tǒng)第8章 離散控制系統(tǒng)第9章 控制系統(tǒng)的MATLAB仿真與模擬實(shí)驗(yàn)附錄1 拉普拉斯（Laplace）變換附錄2 MATLAB常用命令參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，自動(dòng)控制技術(shù)所起的作用越來(lái)越重要。無(wú)論是在宇宙飛船、導(dǎo)彈制導(dǎo)的尖端技術(shù)領(lǐng)域，還是在機(jī)器制造業(yè)及工業(yè)過(guò)程控制中，所取得的成就都是驚人的。不僅如此，在人們的現(xiàn)代生活和工作中，自動(dòng)化技術(shù)也無(wú)時(shí)不在地為人們創(chuàng)造著方便快捷的環(huán)境，使人們享受著高科技所帶來(lái)的現(xiàn)代生活。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是需要理論指導(dǎo)的，人類歷史上的許多技術(shù)由于沒(méi)有概括出原理，得不到發(fā)展和流傳，所以也很難成為全社會(huì)的生產(chǎn)力。自動(dòng)控制技術(shù)也是一樣，在長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年的技術(shù)發(fā)展中，直到20世紀(jì)，人們才能概括出自動(dòng)控制的基本原理，然后將其應(yīng)用到各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，制造出各種各樣的自動(dòng)化裝置、機(jī)器人、無(wú)人工廠，以及辦公自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化設(shè)備等，逐步形成今天這樣強(qiáng)大的社會(huì)生產(chǎn)力，把人類推進(jìn)到一個(gè)嶄新的時(shí)代——自動(dòng)化時(shí)代?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有控制論的建立和發(fā)展，也就沒(méi)有今天這樣高度發(fā)達(dá)的自動(dòng)化技術(shù)?？刂普摰男纬珊桶l(fā)展，是始于技術(shù)的。最早從解決生產(chǎn)實(shí)踐問(wèn)題開始，首先建立的是工程控制論。即從工程技術(shù)提煉到工程技術(shù)的理論，是控制工程系統(tǒng)的技術(shù)的總結(jié)。其后，由于它對(duì)生產(chǎn)力的發(fā)展、尖端技術(shù)的研究與尖端武器的研制產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用，以致引起包括非工程系統(tǒng)及社會(huì)各行業(yè)專家的關(guān)注?？刂普撍沂镜乃枷敕椒ǎ汛蟠蟪隽斯こ炭刂祁I(lǐng)域，吸引了許多不同行業(yè)技術(shù)專家和社會(huì)科學(xué)家，他們用控制論的思想方法去研究各自所從事的學(xué)科。因此，控制論在它建立后的短短時(shí)期內(nèi)便迅速滲透到各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，并以相關(guān)的分析觀點(diǎn)派生出許多新型的邊緣學(xué)科。其中包括生物控制論、經(jīng)濟(jì)控制論、人口控制論、生態(tài)環(huán)境控制論、社會(huì)控制論等。20世紀(jì)上半葉，相對(duì)論、量子論和控制論被認(rèn)為是三大偉績(jī)，稱為三項(xiàng)科學(xué)革命，是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的三大飛躍。控制論的分析觀點(diǎn)，廣泛地滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中去，這是由它所研究的內(nèi)涵決定的。其核心是研究世間一切能量變換和信息變換如何滿足人類的最佳需求。它的任務(wù)，是對(duì)各類系統(tǒng)中的信息傳遞與轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行定量分析，然后根據(jù)這些定量關(guān)系預(yù)見整個(gè)系統(tǒng)的行為。沒(méi)有定量分析，就沒(méi)有控制論。因此，在理論的研究中，廣泛地利用了各種數(shù)學(xué)工具。例如微積分、微分方程、概率論、高等代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、泛函分析、變分法、拓?fù)鋵W(xué)等幾乎數(shù)學(xué)的所有分支理論都滲透到了控制論的研究中。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，控制論可以稱作應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個(gè)分支。

編輯推薦

《普通高等教育"十一五"國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材?自動(dòng)控制原理(第2版)》是由國(guó)防工業(yè)出版社出版的。經(jīng)典教材，暢銷十年；教科書、學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答三者合一；特別適合用作考研輔導(dǎo)教材；有電子課件，可向責(zé)任編輯索取

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