控制工程基礎(chǔ)

內(nèi)容概要

　　《普通高等院校“十二五”規(guī)劃教材：控制工程基礎(chǔ)》圍繞經(jīng)典控制理論內(nèi)容展開，按照系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)分析方法和系統(tǒng)校正三個部分介紹自動控制系統(tǒng)的基本概念、原理和分析方法。內(nèi)容主要包括線性連續(xù)系統(tǒng)的時域和頻域控制理論，如建立數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)定性分析、動穩(wěn)態(tài)性能分析及校正設(shè)計方法等。另外也介紹了非線性系統(tǒng)的基本分析方法。本書著重介紹了控制系統(tǒng)基本分析、設(shè)計方法，列舉了較多的例題，習(xí)題基本附有答案，以方便學(xué)生自學(xué)。　　本書可以作為高等學(xué)校機(jī)械、材料、航空宇航等非控制類專業(yè)本科生的教材，也可供相關(guān)工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

書籍目錄

第1章 緒論 引言 1.1 自動控制理論的產(chǎn)生和基本概念 1.1.1 開環(huán)控制和閉環(huán)控制 1.1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型組成和基本概念 1.2 控制理論的發(fā)展歷史及其在工程中的應(yīng)用 1.3 自動控制系統(tǒng)的基本類型 1.4 本書主要內(nèi)容及章節(jié)安排 思考題 第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 引言 2.1 控制系統(tǒng)的微分方程描述 2.1.1 建立微分方程 2.1.2 非線性系統(tǒng)的線性化 2.2 拉普拉斯變換及反變換 2.2.1 拉普拉斯變換的定義 2.2.2 拉普拉斯變換的性質(zhì)及其應(yīng)用 2.2.3 拉普拉斯反變換 2.2.4 利用拉普拉斯反變換求解線性微分方程 2.3 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述 2.3.1 傳遞函數(shù)的定義 2.3.2 典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù) 2.4 控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 2.4.1 動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的組成及建立 2.4.2 動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的等效變換及簡化 2.4.3 用梅遜公式求系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 2.5 控制系統(tǒng)的信號流圖 2.6 狀態(tài)空間方程基本概念 本章小結(jié) 思考題 習(xí)題 第3章 控制系統(tǒng)的時域分析  引言 3.1 時域分析有關(guān)概念 3.1.1 時域分析常用的方法 3.1.2 控制系統(tǒng)有關(guān)的概念 3.1.3 典型輸入信號 3.1.4 控制系統(tǒng)的時域響應(yīng)及性能指標(biāo) 3.2 穩(wěn)定性分析 3.2.1 穩(wěn)定的概念及穩(wěn)定的充分必要條件 3.2.2 代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù) 3.3 一階系統(tǒng)的時域分析 3.3.1 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 3.3.2 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng) 3.3.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) 3.4 二階系統(tǒng)時域分析 3.4.1 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 3.4.2 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng) 3.4.3 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng) 3.4.4 二階系統(tǒng)時域性能指標(biāo) 3.5 高階系統(tǒng)的時域分析 3.5.1 高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 3.5.2 利用主導(dǎo)極點和偶極子對高階系統(tǒng)進(jìn)行降階處理 3.6 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的計算 3.6.1 誤差有關(guān)的概念 3.6.2 輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差的計算 3.6.3 干擾引起的穩(wěn)態(tài)誤差的計算 3.6.4 提高控制系統(tǒng)的精度的措施 本章小結(jié) 思考題 習(xí)題 第4章 根軌跡法 引言 4.1 根軌跡法的基本概念 4.1.1 根軌跡 4.1.2 根軌跡方程 4.2 繪制根軌跡的基本法則 4.3 廣義根軌跡 4.3.1 參變量根軌跡 4.3.20°根軌跡 4.4 利用根軌跡分析系統(tǒng)性能 4.4.1 閉環(huán)零極點分布與階躍響應(yīng)的關(guān)系 4.4.2 利用根軌跡法分析系統(tǒng) 本章小結(jié) 思考題 習(xí)題 第5章 控制系統(tǒng)的頻域分析 引言 5.1 頻率特性的概念及表示方法 5.1.1 頻率特性的定義 5.1.2 頻率特性的求取方法 5.1.3 頻率特性的表示方法 5.2 極坐標(biāo)圖 5.2.1 極坐標(biāo)圖的定義及畫法 5.2.2 典型環(huán)節(jié)的極坐標(biāo)圖 5.2.3 奈奎斯特圖的大致規(guī)律 5.3 對數(shù)坐標(biāo)圖 5.3.1 對數(shù)坐標(biāo)圖的定義及畫法 5.3.2 典型環(huán)節(jié)的對數(shù)坐標(biāo)圖 5.3.3 一般系統(tǒng)伯德圖的作圖方法 5.3.4 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng) 5.3.5 由對數(shù)幅頻特性曲線求取最小相位系統(tǒng)傳遞函數(shù) 5.4 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) 5.4.1 米哈伊洛夫定理 5.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)第一種表述形式 5.4.3 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)第二種表述形式 5.4.4 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)第三種表述形式——全頻率奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù) 5.5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量 本章小結(jié) 思考題 習(xí)題 第6章 控制系統(tǒng)的綜合與校正 引言 6.1 控制系統(tǒng)校正的概念 6.2 串聯(lián)校正 6.2.1 串聯(lián)超前校正 6.2.2 串聯(lián)滯后校正 6.2.3 滯后—超前校正 6.2.4 串聯(lián)校正與PID調(diào)節(jié)器 6.3 反饋校正 6.3.1 反饋校正的基本原理 6.3.2 反饋校正的功能 本章小結(jié) 思考題 習(xí)題 第7章 非線性系統(tǒng) 引言 7.1 典型的非線性特性 7.2 相平面法 7.2.1 相平面法的基本概念 7.2.2 相軌跡的作法 7.2.3 奇點和極限環(huán) 7.2.4 非線性系統(tǒng)相軌跡分析 7.3 描述函數(shù)法 7.3.1 描述函數(shù)的定義 7.3.2 典型非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù) 7.3.3 描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng) 本章小結(jié) 思考題 習(xí)題 部分習(xí)題答案 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   （5）振蕩次數(shù)N：指在調(diào)整時間ts內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值上下擺動的次數(shù)。 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)用穩(wěn)態(tài)誤差表示，是系統(tǒng)的控制精度的一種度量，通常在階躍信號、斜坡信號和加速度信號作用下進(jìn)行測定或計算。在穩(wěn)態(tài)（時間趨于無窮大）時，如果系統(tǒng)的輸出量不等于輸入量或輸入量的函數(shù)，則說明系統(tǒng)存在誤差。 以上性能指標(biāo)中，最大超調(diào)量和振蕩次數(shù)反映了系統(tǒng)過渡過程的平穩(wěn)性，調(diào)整時間反映了系統(tǒng)的快速性，而穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。一般來說，對于控制系統(tǒng)我們總希望具有平穩(wěn)、準(zhǔn)確和快速的性能，也就是希望超調(diào)量小一些，振蕩次數(shù)少一些，調(diào)整時間短一些，穩(wěn)態(tài)誤差小一些。但在后面的學(xué)習(xí)過程中就會發(fā)現(xiàn)，這些性能往往相互矛盾，只能針對具體的系統(tǒng)而有所側(cè)重。 3.2 穩(wěn)定性分析 穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)能完成控制任務(wù)的首要前提，如果一個控制系統(tǒng)是不定的，系統(tǒng)就無法正常工作，也就談不到準(zhǔn)確性和快速性問題。因此，穩(wěn)定性分析是控制理論最重要的組成部分之一。 3.2.1 穩(wěn)定的概念及穩(wěn)定的充分必要條件 1.穩(wěn)定的基本概念 控制系統(tǒng)在工作的過程中，常常會受到內(nèi)部或外部的各種干擾，如環(huán)境溫度的變化、各種電磁干擾及負(fù)載的變化等。如果系統(tǒng)在干擾作用的情況下，偏離了原來的平衡狀態(tài)，當(dāng)擾動消失后，經(jīng)過一定的時間，系統(tǒng)又能恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果系統(tǒng)在擾動消失后不能恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)或離平衡狀態(tài)越來越遠(yuǎn)，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

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