自動(dòng)控制原理

內(nèi)容概要

　　《全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材·普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材·國(guó)家精品課程教材：自動(dòng)控制原理》闡述了經(jīng)典控制理論的基本概念、原理和自動(dòng)控制系統(tǒng)的各種分析方法，主要內(nèi)容包括線性連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的時(shí)域和頻域理論，如系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、靜態(tài)性能、穩(wěn)定性的分析和各種設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用等。
　　本書(shū)從基本概念、基本分析方法人手，結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實(shí)例，以時(shí)域分析方法為主線，時(shí)域分析和頻域分析并進(jìn)，在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，利用直觀的物理概念，引出系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　本書(shū)在《自動(dòng)控制原理》（王建輝、顧樹(shù)生主編，楊自厚主審，冶金工業(yè)出版社出版）前四版基礎(chǔ)上，對(duì)各章內(nèi)容都進(jìn)行了修訂。修訂的基本思想是更新觀念，深化改革，提高知識(shí)起點(diǎn)，努力拓寬專業(yè)口徑，以增強(qiáng)培養(yǎng)人才的適應(yīng)性。
　　本書(shū)既可以作為高等學(xué)校自動(dòng)化、儀表、電氣傳動(dòng)、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、化工、航天航空等相關(guān)專業(yè)的教材，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員再學(xué)習(xí)時(shí)參考。

作者簡(jiǎn)介

　　王建輝，女，工學(xué)博士，東北大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，1957年生于遼寧。寶鋼教育獎(jiǎng)獲得者，沈陽(yáng)市優(yōu)秀教師。國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)“自動(dòng)化專業(yè)主干課教學(xué)團(tuán)隊(duì)”、國(guó)家級(jí)精品課“自動(dòng)控制原理”課程負(fù)責(zé)人。1982年?yáng)|北工學(xué)院（今東北大學(xué)）自動(dòng)控制系自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)后留校任教，先后任自動(dòng)控制教研室副主任、自動(dòng)控制系副主任、自動(dòng)化研究所副所長(zhǎng)。主要研究方向?yàn)閺?fù)雜控制系統(tǒng)的建模與控制、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下先進(jìn)控制技術(shù)及其在工業(yè)中的應(yīng)用、智能控制理論及其應(yīng)用等。獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)4項(xiàng)、教育教學(xué)成果獎(jiǎng)10余項(xiàng)，主持和參加國(guó)家及省部級(jí)自然科學(xué)基金等縱向科研課題10余項(xiàng)、各類教改課題項(xiàng)目近10項(xiàng)。發(fā)表有關(guān)論文100余篇。編著《自動(dòng)控制原理》、《自動(dòng)控制原理習(xí)題詳解》、《控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真與輔助設(shè)計(jì)》。
　　
　　顧樹(shù)生，男，東北大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，1939年出生于黑龍江。國(guó)家級(jí)精品課“自動(dòng)控制原理”課程負(fù)責(zé)人。全國(guó)電氣節(jié)能學(xué)會(huì)主任、大連理工大學(xué)等多所高校的兼職教授。曾任中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)遼寧省分會(huì)副理事長(zhǎng)等。1963年?yáng)|北工學(xué)院（今東北大學(xué)）自動(dòng)控制系畢業(yè)后留校任教，先后任教研室主任、系主任和信息科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)。主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代集成控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)智能控制系統(tǒng)。先后獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng)4項(xiàng)，承擔(dān)國(guó)家及省級(jí)自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)，發(fā)表論文100余篇，其中SCI檢索3篇，EI檢索35篇。編著《自動(dòng)控制原理》、《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》、《微型機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)》、《近代交流調(diào)速》，譯著《線性離散時(shí)間系統(tǒng)及其應(yīng)用》。

書(shū)籍目錄

第1章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念
1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成和基本環(huán)節(jié)
1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型
1.3.1 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)
1.3.2 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)
1.3.3 恒值系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)
1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)
1.4.1 穩(wěn)定性
1.4.2 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)
1.4.3 暫態(tài)性能指標(biāo)
小結(jié)
思考題與習(xí)題
第2章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.1 微分方程式的編寫(xiě)
2.1.1 機(jī)械系統(tǒng)
2.1.2 電氣系統(tǒng)
2.1.3 液壓系統(tǒng)
2.1.4 熱丁系統(tǒng)
2.2 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化
2.3 傳遞函數(shù)
2.3.1 傳遞函數(shù)的定義
2.3.2 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及暫態(tài)特性
2.4 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖
2.5 系統(tǒng)傳遞函數(shù)和結(jié)構(gòu)圖的等效變換
2.5.1 典型連接的等效傳遞函數(shù)
2.5.2 相加點(diǎn)及分支點(diǎn)的變位運(yùn)算
2.5.3 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)
2.5.4 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)
2.5.5 系統(tǒng)對(duì)給定作用和擾動(dòng)作用的傳遞函數(shù)
2.6 信號(hào)流圖
2.6.1 信號(hào)流圖中的術(shù)語(yǔ)
2.6.2 信號(hào)流圖的繪制
2.6.3 信號(hào)流圖的基本簡(jiǎn)化法則
2.6.4 梅遜增益公式
2.7 用MATLAB求解線性微分方程和化簡(jiǎn)系統(tǒng)方框圖
2.7.1 MATLAB中數(shù)學(xué)模型的表示
2.7.2 用MATLAB求解線性微分方程
2.7.3 MATLAB在系統(tǒng)方框圖化簡(jiǎn)中的應(yīng)用
小結(jié)
思考題與習(xí)題
第3章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析
3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)
3.1.1 對(duì)控制性能的要求
3.1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型輸入信號(hào)
3.2 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.3 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
3.3.1 典型二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
3.3.2 二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)
3.3.3 二階系統(tǒng)特征參數(shù)與動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)之間的關(guān)系
3.3.4 二階工程最佳參數(shù)
3.3.5 零、極點(diǎn)對(duì)二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響
3.4 高階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)
3.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)
3.5.1 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念和穩(wěn)定的充分必要條件
3.5.2 勞斯判據(jù)
3.5.3 赫爾維茨判據(jù)
3.5.4 謝緒愷判據(jù)
3.5.5 參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響
3.5.6 相對(duì)穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度
3.6 穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.1 擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差
……
第4章 根軌跡法
第5章 頻率法
第6章 控制系統(tǒng)的校正及綜合
第7章 非線性系統(tǒng)分析
第8章 線性離散系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   理想繼電器在輸入信號(hào)x1很小時(shí)就動(dòng)作，觸點(diǎn)吸合，輸出量x2突變，故原點(diǎn)附近的等效增益很大，趨于∞；之后輸入信號(hào)x1再增加，輸出量x2保持常值M，故隨x1增加其等效增益逐漸減小。所以理想繼電器特性串入系統(tǒng)，在小起始偏離時(shí)開(kāi)環(huán)增益大，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一般呈發(fā)散性質(zhì)；而在大起始偏離時(shí)開(kāi)環(huán)增益很小，系統(tǒng)具有收斂性質(zhì)。故理想繼電器控制系統(tǒng)最終多半處于自振工作狀態(tài)。 但是對(duì)于低階（一、二階）系統(tǒng)，其穩(wěn)定性，理論上說(shuō)是與增益無(wú)關(guān)的，采用理想繼電器控制后尚能穩(wěn)定工作。 繼電器特性能夠使被控制的執(zhí)行電機(jī)始終在額定或最大電壓下工作，可以充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)的能力，故有可能利用繼電器控制實(shí)現(xiàn)快速跟蹤。 至于帶死區(qū)的繼電器特性，將會(huì)增加系統(tǒng)的定位誤差，而對(duì)其他動(dòng)態(tài)性能的影響，類似于死區(qū)、飽和非線性特性的綜合效果。 以上只是對(duì)系統(tǒng)正向通道中包含某個(gè)典型非線性因素的情況進(jìn)行了直觀的討論，所得結(jié)論在其他條件下不一定適用，要具體問(wèn)題具體分析。 7.3 非線性特性的描述函數(shù) 常用的分析非線性系統(tǒng)的工程方法有兩種，即相平面法和描述函數(shù)法。 相平面法適用于一、二階非線性系統(tǒng)的分析，方法的重點(diǎn)是將二階非線性微分方程改寫(xiě)為以輸出量及輸出量導(dǎo)數(shù)為變量的兩個(gè)一階微分方程。然后依據(jù)這一對(duì)方程，設(shè)法求出其在上述兩變量構(gòu)成的相平面中的軌線，并由此對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)進(jìn)行判別，所得結(jié)果比較精確和全面。但是對(duì)于高于二階的系統(tǒng)，需要討論變量空間中的曲面結(jié)構(gòu)，從而大大增加了工程使用的困難。描述函數(shù)法是一種近似方法，相當(dāng)于線性理論中頻率法的推廣。方法不受系統(tǒng)階次的限制，且所得結(jié)果也比較符合實(shí)際，故得到了廣泛應(yīng)用。下面首先重點(diǎn)介紹描述函數(shù)法。 7.3.1 諧波線性化 描述函數(shù)是對(duì)非線性特性在正弦信號(hào)作用下的輸出，進(jìn)行諧波線性化處理之后得到的，它是非線性特性的近似描述，表達(dá)形式上類似于線性理論中的幅相頻率特性。

編輯推薦

　　《全國(guó)高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)系列教材·普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材·國(guó)家精品課程教材：自動(dòng)控制原理》特色：　　本教材從基本概念、基本分析方法入手，結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實(shí)例，以時(shí)域分析方法為基礎(chǔ)，時(shí)域分析和頻域分析并進(jìn)，利用直觀的物理概念，使學(xué)生充分理解系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握古典控制理論的精髓?！　”窘滩谋Ａ袅饲八陌娴臄?shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)、物理概念清楚等主要特色，加強(qiáng)了基本理論和基本概念的闡述，增加了通用性的內(nèi)容描述，除用數(shù)學(xué)工具分析工程中的實(shí)際系統(tǒng)之外，還力求由淺入深、循序漸進(jìn)和突出重點(diǎn)，同時(shí)給學(xué)生自學(xué)留有充分的空間。這既給分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試目前工業(yè)中廣泛應(yīng)用的各種控制系統(tǒng)提供了清楚的理論依據(jù)，又為學(xué)習(xí)有關(guān)專門(mén)文獻(xiàn)和后續(xù)課程打下了良好的基礎(chǔ)，也為進(jìn)一步激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的潛能和積極性創(chuàng)造了條件?！　”緯?shū)增加的內(nèi)容有：中國(guó)學(xué)者提出的代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)——謝氏判據(jù)；非電類系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；MATLAB在系統(tǒng)分析中的應(yīng)用實(shí)例及非周期函數(shù)的頻譜分析等?！　∨c本書(shū)配套的有習(xí)題集和實(shí)驗(yàn)教程；為了合理利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，本書(shū)還配有電子教案，網(wǎng)上答疑、實(shí)驗(yàn)、試題系統(tǒng)等。

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