自動控制原理

前言

進入21世紀以來，面對高科技的迅猛發(fā)展，自動化技術產(chǎn)生了巨大的進步，自動控制理論也得到不斷地發(fā)展和完善。為了培養(yǎng)適應21世紀需要的高質量人才，近年來，我國各大學不斷進行深入的教學改革。本教材第1版是在面向21世紀教學內(nèi)容和課程體系全面改革的進程中，參照教育部新大綱的要求，根據(jù)自動化學科的發(fā)展趨勢，編寫的新一輪教材。該教材第1版發(fā)行后，其特色和實用性很快受到讀者的歡迎，同時被許多高校選為教材。在發(fā)行9年的時間里，重復印刷了12次，印數(shù)達5萬冊。2005年，在國防工業(yè)出版社的推薦下，通過教育部專家的評審，本教材人選教育部普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材建設項目。近年來，經(jīng)過第l版教材的教學實踐，不斷地探索、研究教學內(nèi)容，總結實踐的經(jīng)驗，按國家“十一五”規(guī)劃教材建設要求，重新對教材進行編寫修訂。本書第2版的編寫仍然突出三個特色，一是更適應當代教學的要求，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，緊密結合工程實踐，并根據(jù)教學實驗的需要，編人了近年來國際上流行的MATLAB仿真方法，將經(jīng)典理論與現(xiàn)代技術結合起來，使課程更符合國內(nèi)外自動化發(fā)展的趨勢；二是更便于學生自學，對于理論性較強的部分，作了更詳細的闡述和論證，使學生易于讀懂，從而節(jié)省課堂學時；三是書中各章均配有學習指導和例題精解，以指導學生提高解題能力，靈活掌握所學內(nèi)容。實現(xiàn)了習題解答、學習指導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的代表性，特別適合準備考試、考研的學生復習，不必查閱大量的參考書和試題集，節(jié)省大量時間和精力。本書第2版在編寫內(nèi)容上進行了全面的修訂，根據(jù)近幾年的教學體會，再度精選了各章的內(nèi)容，削枝強干，深入淺出，以最基本的內(nèi)容為主線，注重工程概念，保持實用性強的特點，使其更適宜用作大學的教材。特別重新撰寫了第3章時域分析法、第4章根軌跡法、第7章非線性系統(tǒng)的全部內(nèi)容，對第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)容均作了相應的修訂。同時，為了加強理論與實踐的結合，突出實踐性教學環(huán)節(jié)，本書增加了最后一章，編寫了以國際控制界最流行的MATLAB仿真和實驗室模擬實驗為手段的技能性訓練內(nèi)容，彌補了近年來教學實踐上存在的薄弱環(huán)節(jié)。這一章配合全書所講理論，在計算工具和設計方法上提供了方便而實用的手段。即使沒有接觸過MATLAB的讀者，也能通過本章內(nèi)容的學習，輕松掌握MATLAB方法。該章實驗內(nèi)容均經(jīng)過精心的設計和篩選，精練且實用，通過電子模擬的實驗手段，鍛煉學生的操作技能，真正指導學生達到學以致用。本教材可作為普通高校自動化、通信、計算機、自動控制、儀器儀表、測控、機械、動力、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。對于本版中存在的錯誤和不妥之處，懇請廣大讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

本書第2版作為國家級“十一五”規(guī)劃教材是在第1版面向21世紀高等院校教材基礎上修訂而成的。書中全面系統(tǒng)地介紹了自動控制理論基本分析和設計方法。全書共分9章，前6章介紹連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)學建模、時域分析、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，用時域法分析了離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)誤差，以及數(shù)字校正等問題。新增加的第9章內(nèi)容，精練地介紹了目前國際控制界流行的 MATLAB仿真方法，并精心設計了經(jīng)典的模擬實驗以供讀者訓練之用。在附錄中增加了拉普拉斯變換和MATLAB應用的基礎知識以供讀者查用。    為便于讀者自學，本書精心選編了大量解題指導，旨在加強學生的課后訓練，提高分析設計能力，以便學生靈活運用各章方法。同時，根據(jù)多年的考研輔導經(jīng)驗，精選了重要例題附在其中，對考研復習意義重大。加之各章配有的內(nèi)容總結、提要和學習、復習指導，提綱挈領地把本章內(nèi)容串成一條主線，相互聯(lián)系起來，有利于突出重點和牢固掌握基本知識。    本教材可作為普通高校自動化、通信、計算機、自動控制、儀器儀表、測控、機械、動力、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 自動控制的基本概念  1.1 引言  1.2 自動控制的基本知識    1.2.1 自動控制問題的提出    1.2.2 自動控制的定義及基本職能元件    1.2.3 自動控制中的一些術語及方框圖  1.3 自動控制系統(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 自動控制系統(tǒng)的分類及基本組成    1.4.1 按給定信號的特征分類    1.4.2 按系統(tǒng)的數(shù)學描述分類    1.4.3 按信號傳遞的連續(xù)性分類    1.4.4 按系統(tǒng)的輸入與輸出信號的數(shù)量分類    1.4.5 自動控制系統(tǒng)的基本組成  1.5 對控制系統(tǒng)的要求和分析設計    1.5.1 對系統(tǒng)的要求    1.5.2 控制系統(tǒng)的分析與設計  1.6 自動控制理論的發(fā)展概況    1.6.1 早期的自動控制工作    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  學習指導與小結  習題第2章 控制系統(tǒng)韻數(shù)學模型  2.1 引言    2.1.1 系統(tǒng)數(shù)學模型的特點    2.1.2 數(shù)學模型的類型    2.1.3 系統(tǒng)數(shù)學模型的建模原則  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 機械系統(tǒng)舉例    2.2.3 電路系統(tǒng)舉例    2.2.4 實際物理系統(tǒng)線性微分方程的一般特征    2.2.5 電樞控制直流電動機    2.2.6 復雜系統(tǒng)微分方程的列寫  2.3 非線性數(shù)學模型線性化    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 關于線性化的幾點說明    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)的定義和實際意義    2.4.3 傳遞函數(shù)的性質及微觀結構  2.5 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)  2.6 系統(tǒng)的結構圖    2.6.1 結構圖的定義及基本組成    2.6.2 結構圖的繪制步驟    2.6.3 結構圖的基本連接形式    2.6.4 結構圖的等效變換    2.6.5 結構圖的簡化  2.7 信號流圖及梅遜公式    2.7.1 信號流圖的基本概念    2.7.2 信號流圖的繪制方法    2.7.3 梅遜增益公式  2.8 例題精解  學習指導與小結  習題第3章 時域分析法第4章 根軌跡法第5章 線性系統(tǒng)的頻率響應法第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仿真與模擬實驗附錄1 拉普拉斯（Laplace）變換附錄2 MATLAB常用命令參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：在科學技術飛速發(fā)展的今天，自動控制技術所起的作用越來越重要。無論是在宇宙飛船、導彈制導的尖端技術領域，還是在機器制造業(yè)及工業(yè)過程控制中，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，自動化技術也無時不在地為人們創(chuàng)造著方便快捷的環(huán)境，使人們享受著高科技所帶來的現(xiàn)代生活?？茖W技術的發(fā)展是需要理論指導的，人類歷史上的許多技術由于沒有概括出原理，得不到發(fā)展和流傳，所以也很難成為全社會的生產(chǎn)力。自動控制技術也是一樣，在長達數(shù)千年的技術發(fā)展中，直到20世紀，人們才能概括出自動控制的基本原理，然后將其應用到各個生產(chǎn)領域，制造出各種各樣的自動化裝置、機器人、無人工廠，以及辦公自動化、農(nóng)業(yè)自動化、家庭自動化設備等，逐步形成今天這樣強大的社會生產(chǎn)力，把人類推進到一個嶄新的時代——自動化時代。可以說，沒有控制論的建立和發(fā)展，也就沒有今天這樣高度發(fā)達的自動化技術?？刂普摰男纬珊桶l(fā)展，是始于技術的。最早從解決生產(chǎn)實踐問題開始，首先建立的是工程控制論。即從工程技術提煉到工程技術的理論，是控制工程系統(tǒng)的技術的總結。其后，由于它對生產(chǎn)力的發(fā)展、尖端技術的研究與尖端武器的研制產(chǎn)生了巨大的推動作用，以致引起包括非工程系統(tǒng)及社會各行業(yè)專家的關注?？刂普撍沂镜乃枷敕椒?，已大大超出了工程控制領域，吸引了許多不同行業(yè)技術專家和社會科學家，他們用控制論的思想方法去研究各自所從事的學科。因此，控制論在它建立后的短短時期內(nèi)便迅速滲透到各個科學技術領域，并以相關的分析觀點派生出許多新型的邊緣學科。其中包括生物控制論、經(jīng)濟控制論、人口控制論、生態(tài)環(huán)境控制論、社會控制論等。20世紀上半葉，相對論、量子論和控制論被認為是三大偉績，稱為三項科學革命，是人類認識客觀世界的三大飛躍?？刂普摰姆治鲇^點，廣泛地滲透到各個學科領域中去，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，是對各類系統(tǒng)中的信息傳遞與轉換關系進行定量分析，然后根據(jù)這些定量關系預見整個系統(tǒng)的行為。沒有定量分析，就沒有控制論。因此，在理論的研究中，廣泛地利用了各種數(shù)學工具。例如微積分、微分方程、概率論、高等代數(shù)、復變函數(shù)、泛函分析、變分法、拓撲學等幾乎數(shù)學的所有分支理論都滲透到了控制論的研究中。從這個意義上來說，控制論可以稱作應用數(shù)學的一個分支。

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《普通高等教育"十一五"國家級規(guī)劃教材?自動控制原理(第2版)》是由國防工業(yè)出版社出版的。經(jīng)典教材，暢銷十年；教科書、學習指導與習題解答三者合一；特別適合用作考研輔導教材；有電子課件，可向責任編輯索取

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