自動控制原理

前言

　　自動控制技術(shù)已大量應(yīng)用于空間科技、冶金、輕工、機(jī)電工程以及交通管理、環(huán)境保護(hù)等眾多領(lǐng)域。自動控制技術(shù)所研究的對象是自動控制系統(tǒng)，而分析和設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)就是自動控制原理。一般將自動控制原理分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，考慮到實(shí)際工程的需要以及相當(dāng)一部分院校分別開設(shè)這兩門課程，本書以經(jīng)典控制理論及其應(yīng)用為主要內(nèi)容，共分9章，內(nèi)容包括自動控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，控制系統(tǒng)的時(shí)域分析、根軌跡分析和頻域分析，控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)方法，離散控制系統(tǒng)理論與分析，非線性控制系統(tǒng)分析中的描述函數(shù)法和相平面法，以及MATI-AB／Simulink簡介及其仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書?！　”緯η髲睦碚摵凸こ虘?yīng)用的角度，全面和系統(tǒng)地闡述關(guān)于經(jīng)典控制理論的基本內(nèi)容，側(cè)重于基本概念、基本理論和基本方法的介紹。為了適應(yīng)控制技術(shù)和控制理論發(fā)展形勢的需要，本書引入了MATLAB／Simulink軟件包應(yīng)用技術(shù)，分別在各章的例題、習(xí)題中運(yùn)用MATLAB編程或在Simulink環(huán)境中仿真。將手工運(yùn)算與計(jì)算機(jī)仿真結(jié)合使問題更易理解，結(jié)果采用圖形表示也很直觀。　　本書主要特點(diǎn)如下?！　。?）本著“易讀，好教”的教材寫作目的，內(nèi)容簡明扼要，簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，增加實(shí)例說明。　?。?）每章由“本章教學(xué)目標(biāo)與要求”和“引言”開始，結(jié)束部分有習(xí)題精解、“學(xué)習(xí)指導(dǎo)及小結(jié)”、“本章知識架構(gòu)”和“習(xí)題”，并安排了“閱讀材料”，涉及該章內(nèi)容的相關(guān)知識或控制理論的歷史、發(fā)展、現(xiàn)狀、未來等，以豐富理工科教材的可讀性。　?。?）每章都有案例分析和仿真，其中有一個(gè)實(shí)例（磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)）貫穿全書，并運(yùn)用MATLAB／Sinulink編程，得到仿真結(jié)果?！　。?）各章的例題、習(xí)題精解大多數(shù)運(yùn)用MATLAB語言編程，給出簡單的程序，或在Simulink仿真環(huán)境中，構(gòu)建仿真模型進(jìn)行仿真?！　。?）書中對需要特別注意的地方添加了提示或評注，以引起重視。每一章的習(xí)題除了常規(guī)的計(jì)算題之外，還設(shè)計(jì)了一定數(shù)量的思考題、選擇題、判斷題，另外還配有全國高校研究生的幾個(gè)入學(xué)考試題，以滿足不同需要的學(xué)生使用?！　∨c本書配套還有基于MATLAB語言開發(fā)的輔助教學(xué)和實(shí)驗(yàn)軟件、一些配套的課件、書中各章習(xí)題的參考答案等，均可以從北京大學(xué)出版社網(wǎng)站免費(fèi)下載。

內(nèi)容概要

本書為21世紀(jì)全國本科院校電氣信息類創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材。    本書系統(tǒng)地闡述了自動控制理論的基本分析和研究方法，包括自動控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，控制系統(tǒng)的時(shí)域分析、根軌跡分析和頻域分析，控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)方法，離散控制系統(tǒng)理論與分析，非線性控制系統(tǒng)分析中的描述函數(shù)法和相平面法。本書書末附有MATLAB／Simulink簡介、仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書以及拉氏變換-Z變換表。    與本書配套的有基于MATLAB語言開發(fā)的輔助教學(xué)和實(shí)驗(yàn)軟件，還有配套的課件、書中各章習(xí)題的參考答案等，這些均是可以免費(fèi)下載的。    本書可作為普通高等院校自動化、電氣工程及其自動化、通信工程、電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)自動控制原理課程的教材，也可作為從事自動控制的各專業(yè)工程技術(shù)人員的自學(xué)參考書。

書籍目錄

第1章　緒論　本章教學(xué)目標(biāo)與要求　引言　1.1　自動控制系統(tǒng)簡介　1.2  自動控制系統(tǒng)的組成及術(shù)語　1.3　自動控制系統(tǒng)的類型　　1.3.1　按系統(tǒng)輸入信號劃分　　1.3.2　按傳送的信號性質(zhì)劃分　　1.3.3　按描述元件的動態(tài)方程劃分　　1.3.4　按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化劃分　1.4　自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)　1.5  自動控制系統(tǒng)實(shí)例　　1.5.1　液面控制系統(tǒng)　　1.5.2　爐溫控制系統(tǒng)　　1.5.3　函數(shù)記錄儀　學(xué)習(xí)指導(dǎo)及小結(jié)　本章知識架構(gòu)　閱讀材料　習(xí)題第2章　線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　本章教學(xué)目標(biāo)與要求　引言　2.1　控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　　2.1.1　線性系統(tǒng)微分方程的建立方法　　2.1.2　線性系統(tǒng)微分方程的建立實(shí)例　　2.1.3　線性系統(tǒng)的基本特性　　2.1.4　非線性系統(tǒng)微分方程的線性化　2.2　傳遞函數(shù)　　2.2.1　傳遞函數(shù)的概念　　2.2.2　傳遞函數(shù)的定義　　2.2.3　典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)　　2.2.4　傳遞函數(shù)與電氣網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算阻抗　2.3　結(jié)構(gòu)圖　　2.3.1　結(jié)構(gòu)圖的組成　　2.3.2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的建立　　2.3.3　結(jié)構(gòu)圖的等效變換　　2.3.4　控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)　2.4　信號流圖　　2.4.1　信號流圖中的術(shù)語　　2.4.2　控制系統(tǒng)信號流圖的繪制　　2.4.3　信號流圖的簡化原則　　2.4.4　梅森公式　2.5  習(xí)題精解及MATLAB工具和案例分析　　2.5.1　習(xí)題精解　　2.5.2　案例分析及MATLAB應(yīng)用　學(xué)習(xí)指導(dǎo)及小結(jié)　本章知識架構(gòu)　閱讀材料　習(xí)題第3章　線性系統(tǒng)的時(shí)域分析　本章教學(xué)目標(biāo)與要求　引言　3.1　性能指標(biāo)　　3.1.1　典型輸入信號　　3.1.2　動態(tài)性能指標(biāo)　　3.1.3　穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)……第4章　根軌跡第5章　線性系統(tǒng)的頻域分析第6章　控制系統(tǒng)的校正第7章　離散控制系統(tǒng)　第8章　非線性控制系統(tǒng)　第9章　用MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　隨動系統(tǒng)的任務(wù)是使被控量以盡可能高的精度跟隨給定值變化。例如炮瞄雷達(dá)的自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、船舶自動駕駛儀、函數(shù)記錄儀等均是典型的隨動系統(tǒng)。　　1.3.2 按傳送的信號性質(zhì)劃分　　1.連續(xù)系統(tǒng)　　該系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入信號和輸出信號均是時(shí)間f的連續(xù)函數(shù)，信號均是可任意取值的模擬量。例如直流電動機(jī)速度控制系統(tǒng)、火炮跟蹤系統(tǒng)都屬于連續(xù)系統(tǒng)?！　?.離散系統(tǒng)　　系統(tǒng)中傳遞的信號有一處或數(shù)處是脈沖序列或數(shù)字編碼時(shí)，稱為離散系統(tǒng)。連續(xù)信號經(jīng)過采樣開關(guān)的采樣得到以脈沖形式傳送的離散信號，這樣的離散系統(tǒng)稱為采樣控制系統(tǒng)；而引人計(jì)算機(jī)或數(shù)字控制器，使離散信號以數(shù)碼的形式傳遞的離散系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。例如爐溫控制系統(tǒng)就是典型的離散系統(tǒng)，由于溫度調(diào)節(jié)是一個(gè)大慣性過程，若采用連續(xù)控制，則無法解決控制精度和動態(tài)性能之間的矛盾?！　?.3.3 按描述元件的動態(tài)方程劃分　　1.線性系統(tǒng)　　組成該系統(tǒng)的全部元件都是線性元件，其輸入／輸出靜態(tài)特性均為線性特性，可用一個(gè)或一組線性微分方程描述該系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系。線性系統(tǒng)的主要特征是具有齊次性和疊加性?！　?.非線性系統(tǒng)　　該系統(tǒng)中含有一個(gè)或多個(gè)非線性元件，其輸入／輸出關(guān)系不能用線性微分方程來描述。非線性系統(tǒng)還沒有一種統(tǒng)一完整的分析方法，對非線性程度不嚴(yán)重的系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，常采用線性系統(tǒng)的理論和方法進(jìn)行近似處理。　　1.3.4 按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化劃分　　1.定常系統(tǒng)　　描述該系統(tǒng)的微分方程的各項(xiàng)系數(shù)不隨時(shí)間變化，是與時(shí)間無關(guān)的常數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)多數(shù)屬于此類系統(tǒng)，或近似于此類系統(tǒng)?！　?.時(shí)變系統(tǒng)　　描述某系統(tǒng)的微分方程中只要有一項(xiàng)系數(shù)是時(shí)間的函數(shù)，該系統(tǒng)就稱為時(shí)變系統(tǒng)?！　∽詣涌刂葡到y(tǒng)還可以按照其他特征來分類，本書不再一一討論，有興趣的讀者可自行參閱相關(guān)文獻(xiàn)。本書討論的系統(tǒng)一般指線性定常系統(tǒng)。　　……

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