自動(dòng)控制原理

內(nèi)容概要

孫優(yōu)賢、王慧主編的這本《自動(dòng)控制原理》共分九章。第一章概述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念以及發(fā)展的歷程；第二章較為全面地描述控制系統(tǒng)各單元的微分方程、傳遞函數(shù)、方塊圖、狀態(tài)空間等形式不一的數(shù)學(xué)模型和模型之間的關(guān)系；第三章討論如何獲取控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)和時(shí)域性能指標(biāo)，著重分析了二階系統(tǒng)的特點(diǎn)；第四章說明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差；第五章與第六章分別給出了根軌跡與頻率特性兩種圖解分析方法；第七章則將連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)分析與綜合的方法推廣應(yīng)用到線性離散時(shí)間控制系統(tǒng)；第八章闡述基于狀態(tài)空間模型的線性系統(tǒng)理論基礎(chǔ)；第九章簡單地介紹了非線性系統(tǒng)的基本概念、相平面分析法與描述函數(shù)法的基本知識(shí)。
《自動(dòng)控制原理》立足自動(dòng)控制的基礎(chǔ)理論與概念，注意到知識(shí)的完整性與系統(tǒng)性。因此，不僅可作為自動(dòng)化類與電氣信息類相關(guān)專業(yè)本科生、研究生相應(yīng)課程的教材，而且還可以作為廣大從事自動(dòng)控制人員教學(xué)、科研的參考書。

書籍目錄

第一章  概述
  第一節(jié)  自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念
  第二節(jié)  自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式
    一、開環(huán)控制系統(tǒng)
    二、閉環(huán)控制系統(tǒng)
    三、開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較
  第三節(jié)  自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類
    一、按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類
    二、按系統(tǒng)給定信號(hào)的特征分類
    三、按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的性質(zhì)分類
    四、按系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的數(shù)量分類
    五、按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分類
    六、按系統(tǒng)的參數(shù)是否隨時(shí)間變化分類
  第四節(jié)  對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求
    一、穩(wěn)定性
    二、瞬態(tài)性能
    三、穩(wěn)態(tài)誤差
  第五節(jié)  自動(dòng)控制理論的發(fā)展概況
    一、早期的自動(dòng)控制系統(tǒng)
    二、經(jīng)典控制理論
    三、現(xiàn)代控制理論
    四、大系統(tǒng)控制理論與智能控制理論
  第六節(jié)  本書的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)體系
  習(xí)題一
第二章  連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
  第一節(jié)  列寫動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的微分方程
    一、幾個(gè)典型的例子
    二、微分方程模型及相似系統(tǒng)
    三、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模舉例
  第二節(jié)  狀態(tài)及狀態(tài)空間模型
    一、狀態(tài)空間的基本概念
    二、狀態(tài)空間模型的建立
    三、關(guān)于狀態(tài)空間模型的說明
  第三節(jié)  特殊環(huán)節(jié)的建模及處理
    一、純滯后
    二、分布參數(shù)
    三、積分
    四、高階
    五、非線性環(huán)節(jié)的線性化處理
  第四節(jié)  控制系統(tǒng)中其他環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型
    一、控制器的數(shù)學(xué)模型
    二、測量元件的數(shù)學(xué)模型
    三、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型
  第五節(jié)  傳遞函數(shù)與方塊圖
    一、基本概念
    二、關(guān)于傳遞函數(shù)的討論
    三、系統(tǒng)方塊圖
  第六節(jié)  信號(hào)流圖與梅遜公式
    一、信號(hào)流圖的基本構(gòu)成
    二、信號(hào)流圖的繪制
    三、梅遜增益公式
  第七節(jié)  各種數(shù)學(xué)模型間的關(guān)系
    一、由微分方程轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程
    二、由狀態(tài)空間表達(dá)式求傳遞函數(shù)
    三、狀態(tài)變換和狀態(tài)變換中特征值的不變性
    四、由傳遞函數(shù)求狀態(tài)空間表達(dá)式
    五、由方塊圖求系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式
  本章小結(jié)
  習(xí)題二
第三章  連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)的時(shí)域分析
  第一節(jié)  概述
    一、概述
    二、典型輸入信號(hào)
  第二節(jié)  微分方程的經(jīng)典求解方法
    一、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)求解
    二、微分方程的暫態(tài)響應(yīng)求解
    三、暫態(tài)響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)
  第三節(jié)  微分方程的拉氏變換求解方法
  第四節(jié)  控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及時(shí)域分析
    一、控制系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)
    二、控制系統(tǒng)的時(shí)域分析
  第五節(jié)  高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)
    一、高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
    二、高階系統(tǒng)的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)
  第六節(jié)  常規(guī)控制器及其對(duì)系統(tǒng)的影響
    一、常規(guī)控制器的控制規(guī)律
    二、控制器參數(shù)對(duì)控制過程的影響
    三、測量滯后對(duì)控制過程的影響
  第七節(jié)  狀態(tài)方程的求解與分析
    一、線性定常齊次狀態(tài)方程的解
    二、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
    三、線性定常狀態(tài)方程的解
    四、狀態(tài)空間模型下的系統(tǒng)輸出響應(yīng)
  第八節(jié)  被控對(duì)象的實(shí)驗(yàn)建模
    一、常用的實(shí)驗(yàn)測試方法
    二、輸入測試信號(hào)
    三、實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)的處理
  本章小結(jié)
  習(xí)題三
第四章  連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差
  第一節(jié)  勞斯穩(wěn)定判據(jù)
    一、穩(wěn)定性
    二、勞斯判據(jù)
    三、勞斯判據(jù)的應(yīng)用
    四、赫爾維茨判據(jù)
  第二節(jié)  反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
    一、穩(wěn)態(tài)誤差
    二、反饋控制系統(tǒng)的“型”
    三、穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)
  第三節(jié)  等效單位負(fù)反饋系統(tǒng)
  本章小結(jié)
  習(xí)題四
第五章  根軌跡分析法
  第一節(jié)  概述
    一、根軌跡概念
    二、閉環(huán)零、極點(diǎn)和開環(huán)零、極點(diǎn)之間的關(guān)系
    三、根軌跡方程
  第二節(jié)  根軌跡的繪制方法
  第三節(jié)  廣義根軌跡
    一、參數(shù)根軌跡
    二、零度根軌跡
    三、純滯后系統(tǒng)的根軌跡
  第四節(jié)  基于根軌跡的系統(tǒng)性能分析
    一、開環(huán)極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響
    二、開環(huán)零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響
    三、增益K的選取
  第五節(jié)  基于根軌跡的系統(tǒng)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
    一、超前補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)
    二、滯后補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)
    三、PID控制器的設(shè)計(jì)
  本章小結(jié)
  習(xí)題五
第六章  頻率特性分析法
  第一節(jié)  概述
  第二節(jié)  頻率特性及其圖示法
    一、頻率特性的定義
    二、頻率特性的圖示法
  第三節(jié)  開環(huán)系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)分解和頻率特性曲線的繪制
    一、開環(huán)系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)分解
    二、典型環(huán)節(jié)的幅相曲線繪制
    三、系統(tǒng)的開環(huán)幅相曲線繪制
    四、典型環(huán)節(jié)Bode圖的繪制
    五、開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線繪制
    六、由頻域?qū)嶒?yàn)確定系統(tǒng)傳遞函數(shù)
  第四節(jié)  奈奎斯特（Nyquist）穩(wěn)定性判據(jù)
    一、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)
    二、Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)的應(yīng)用
    三、穩(wěn)定裕度
  第五節(jié)  基于頻率響應(yīng)的補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
    一、頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系
    二、超前補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)
    三、滯后補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)
  第六節(jié)  系統(tǒng)的閉環(huán)頻率響應(yīng)
    一、閉環(huán)頻率特性
    二、等M圓
    三、等N圓
  本章小結(jié)
  習(xí)題六
第七章  線性離散時(shí)間控制系統(tǒng)分析與綜合
  第一節(jié)  采樣過程與采樣定理
    一、采樣過程的數(shù)學(xué)描述
    二、采樣信號(hào)的頻譜分析
    三、采樣定理
    四、采樣信號(hào)的復(fù)現(xiàn)
  第二節(jié)  Z變換基礎(chǔ)
    一、Z變換
    二、Z變換的幾個(gè)性質(zhì)
    三、Z反變換
    四、改進(jìn)Z變換
    五、Z變換的局限性
  第三節(jié)  線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及求解
    一、差分方程及其求解
    二、脈沖傳遞函數(shù)
    三、離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型
  第四節(jié)  離散系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)
    一、離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性
    二、基于z域的分析與設(shè)計(jì)
    三、基于頻率特性的分析與設(shè)計(jì)
  第五節(jié)  數(shù)字控制系統(tǒng)簡介
    一、基于連續(xù)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)
    二、基于離散系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)
  本章小結(jié)
  習(xí)題七
第八章  線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法
  第一節(jié)  線性定常連續(xù)系統(tǒng)的能控性和能觀性
    一、直觀理解
    二、能控性定義和能觀性定義
    三、能控性判別
    四、能觀性判別
    五、對(duì)偶原理
  第二節(jié)  線性定常連續(xù)系統(tǒng)的線性變換與結(jié)構(gòu)分解
    一、非奇異線性變換
    二、狀態(tài)空間的幾種標(biāo)準(zhǔn)型式
    三、結(jié)構(gòu)分解
    四、狀態(tài)空間描述與傳遞函數(shù)描述的關(guān)系
  第三節(jié)  線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制
    一、狀態(tài)反饋控制的基本概念
    二、閉環(huán)線性系統(tǒng)的能控性與能觀性
    三、狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置
    四、狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定
  第四節(jié)  最優(yōu)控制
    一、最優(yōu)控制概述
    二、線性系統(tǒng)二次型最優(yōu)控制問題
    三、狀態(tài)調(diào)節(jié)器
  第五節(jié)  線性定常連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器
    一、狀態(tài)觀測器
    二、降維狀態(tài)觀測器
    三、狀態(tài)觀測反饋系統(tǒng)（分離定理）
  第六節(jié)  線性定常離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析法
    一、離散系統(tǒng)的能控性
    二、離散系統(tǒng)的能觀性
    三、連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)與區(qū)別
    四、連續(xù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)離散化后的能控性與能觀性
  第七節(jié)  內(nèi)?？刂破髟O(shè)計(jì)
  本章小結(jié)
  習(xí)題八
第九章  非線性系統(tǒng)分析
  第一節(jié)  控制系統(tǒng)中的典型非線性特性
    一、典型非線性特性
    二、非線性控制系統(tǒng)的特殊性
    三、非線性控制系統(tǒng)的分析方法
  第二節(jié)  相平面法
    一、相平面的基本概念
    二、相軌跡的性質(zhì)
    三、相軌跡的繪制
    四、二階線性系統(tǒng)的相軌跡
    五、非線性系統(tǒng)的相軌跡
    六、由相軌跡求時(shí)間解
    七、相平面分析
  第三節(jié)  描述函數(shù)法
    一、描述函數(shù)的概念
    二、典型非線性特性的描述函數(shù)
    三、描述函數(shù)分析法
  第四節(jié)  李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
    一、自治系統(tǒng)及其平衡狀態(tài)
    二、李雅普諾夫穩(wěn)定性定義
    三、李雅普諾夫穩(wěn)定性的間接判別法
    四、李雅普諾夫穩(wěn)定性的直接判別法
    五、線性連續(xù)定常系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
    六、離散系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
  本章小結(jié)
  習(xí)題九
附錄  拉普拉斯變換
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　“控制”是個(gè)常用詞，在人們?nèi)粘Ｉ钆c工作中出現(xiàn)的頻率非常高。現(xiàn)代漢語詞典對(duì)其所作的解釋是：“掌握住對(duì)象不使其任意活動(dòng)或超出范圍；或使其按控制者的意愿活動(dòng)”。在本教材中，“控制”往往是指通過對(duì)某個(gè)裝置或生產(chǎn)過程的某個(gè)或某些物理量進(jìn)行操作，以達(dá)到使某個(gè)變量保持恒定或沿某個(gè)預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。例如，對(duì)房間室內(nèi)溫度與濕度、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、鍋爐的壓力、機(jī)器人的動(dòng)作、航天器的發(fā)射軌跡等的控制。在這些控制問題中，房屋、電機(jī)、鍋爐、機(jī)器人、航天器等被稱為被控對(duì)象；室內(nèi)溫度與濕度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、鍋爐壓力、航天器發(fā)射角度與速度等是控制的目的，稱為被控變量（簡稱被控量）；人們?cè)诳刂七^程中操縱的那些物理量則被稱為控制變量（簡稱控制量）或操縱變量?！　∧敲矗裁词强刂葡到y(tǒng)呢？簡單地說，就是為了達(dá)到某種“目標(biāo)”設(shè)計(jì)并按照人們意愿予以實(shí)施的一套系統(tǒng)。例如，城市道路交叉口的紅綠燈信號(hào)控制系統(tǒng)控制著各個(gè)方向的車輛，保證城市交通的安全與通暢?？刂葡到y(tǒng)中的基本要素應(yīng)該包含：①被控變量，也就是控制系統(tǒng)的目標(biāo)；②被控對(duì)象；③檢測傳感器，通過它知道被控對(duì)象當(dāng)前狀態(tài)；④控制器，體現(xiàn)設(shè)計(jì)者意愿的控制策略；⑤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的手段，如果控制系統(tǒng)在啟動(dòng)工作之后不再需要人工干預(yù)而能自動(dòng)地完成預(yù)先設(shè)置的任務(wù)，稱該系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)；否則為手動(dòng)（或稱人工）控制系統(tǒng)。比如說，同為道路交叉口的交通系統(tǒng)，由交警指揮車輛通行是典型的人工控制系統(tǒng)；而若采用信號(hào)燈自動(dòng)控制，則為自動(dòng)控制系統(tǒng)。　　……

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