自動控制原理

內(nèi)容概要

　　《全國高等學校自動化專業(yè)系列教材·普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材·國家精品課程教材：自動控制原理》闡述了經(jīng)典控制理論的基本概念、原理和自動控制系統(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)的時域和頻域理論，如系統(tǒng)的動態(tài)性能、靜態(tài)性能、穩(wěn)定性的分析和各種設計方法的運用等。
　　本書從基本概念、基本分析方法人手，結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實例，以時域分析方法為主線，時域分析和頻域分析并進，在嚴謹?shù)臄?shù)學推導的基礎上，利用直觀的物理概念，引出系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)指標之間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　本書在《自動控制原理》（王建輝、顧樹生主編，楊自厚主審，冶金工業(yè)出版社出版）前四版基礎上，對各章內(nèi)容都進行了修訂。修訂的基本思想是更新觀念，深化改革，提高知識起點，努力拓寬專業(yè)口徑，以增強培養(yǎng)人才的適應性。
　　本書既可以作為高等學校自動化、儀表、電氣傳動、計算機、機械、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)人員再學習時參考。

作者簡介

　　王建輝，女，工學博士，東北大學教授、博士生導師，1957年生于遼寧。寶鋼教育獎獲得者，沈陽市優(yōu)秀教師。國家級教學團隊“自動化專業(yè)主干課教學團隊”、國家級精品課“自動控制原理”課程負責人。1982年東北工學院（今東北大學）自動控制系自動化專業(yè)畢業(yè)后留校任教，先后任自動控制教研室副主任、自動控制系副主任、自動化研究所副所長。主要研究方向為復雜控制系統(tǒng)的建模與控制、網(wǎng)絡環(huán)境下先進控制技術(shù)及其在工業(yè)中的應用、智能控制理論及其應用等。獲省部級科技進步獎4項、教育教學成果獎10余項，主持和參加國家及省部級自然科學基金等縱向科研課題10余項、各類教改課題項目近10項。發(fā)表有關(guān)論文100余篇。編著《自動控制原理》、《自動控制原理習題詳解》、《控制系統(tǒng)計算機仿真與輔助設計》。
　　
　　顧樹生，男，東北大學教授、博士生導師，1939年出生于黑龍江。國家級精品課“自動控制原理”課程負責人。全國電氣節(jié)能學會主任、大連理工大學等多所高校的兼職教授。曾任中國自動化學會遼寧省分會副理事長等。1963年東北工學院（今東北大學）自動控制系畢業(yè)后留校任教，先后任教研室主任、系主任和信息科學與工程學院院長。主要研究方向為現(xiàn)代集成控制系統(tǒng)、實時智能控制系統(tǒng)。先后獲得國家科技進步獎2項，省部級獎4項，承擔國家及省級自然科學基金項目4項，發(fā)表論文100余篇，其中SCI檢索3篇，EI檢索35篇。編著《自動控制原理》、《計算機控制系統(tǒng)》、《微型機過程控制系統(tǒng)》、《近代交流調(diào)速》，譯著《線性離散時間系統(tǒng)及其應用》。

書籍目錄

第1章 自動控制系統(tǒng)的基本概念
1.1 開環(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)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)
1.4 自動控制系統(tǒng)的性能指標
1.4.1 穩(wěn)定性
1.4.2 穩(wěn)態(tài)性能指標
1.4.3 暫態(tài)性能指標
小結(jié)
思考題與習題
第2章 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1 微分方程式的編寫
2.1.1 機械系統(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 相加點及分支點的變位運算
2.5.3 系統(tǒng)開環(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)對給定作用和擾動作用的傳遞函數(shù)
2.6 信號流圖
2.6.1 信號流圖中的術(shù)語
2.6.2 信號流圖的繪制
2.6.3 信號流圖的基本簡化法則
2.6.4 梅遜增益公式
2.7 用MATLAB求解線性微分方程和化簡系統(tǒng)方框圖
2.7.1 MATLAB中數(shù)學模型的表示
2.7.2 用MATLAB求解線性微分方程
2.7.3 MATLAB在系統(tǒng)方框圖化簡中的應用
小結(jié)
思考題與習題
第3章 自動控制系統(tǒng)的時域分析
3.1 自動控制系統(tǒng)的時域指標
3.1.1 對控制性能的要求
3.1.2 自動控制系統(tǒng)的典型輸入信號
3.2 一階系統(tǒng)的階躍響應
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應
3.3 二階系統(tǒng)的階躍響應
3.3.1 典型二階系統(tǒng)的動態(tài)特性
3.3.2 二階系統(tǒng)動態(tài)特性指標
3.3.3 二階系統(tǒng)特征參數(shù)與動態(tài)性能指標之間的關(guān)系
3.3.4 二階工程最佳參數(shù)
3.3.5 零、極點對二階系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
3.4 高階系統(tǒng)的動態(tài)響應
3.5 自動控制系統(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)對穩(wěn)定性的影響
3.5.6 相對穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度
3.6 穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.1 擾動穩(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

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   理想繼電器在輸入信號x1很小時就動作，觸點吸合，輸出量x2突變，故原點附近的等效增益很大，趨于∞；之后輸入信號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)，在小起始偏離時開環(huán)增益大，系統(tǒng)運動狀態(tài)一般呈發(fā)散性質(zhì)；而在大起始偏離時開環(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)。 但是對于低階（一、二階）系統(tǒng)，其穩(wěn)定性，理論上說是與增益無關(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現(xiàn)快速跟蹤。 至于帶死區(qū)的繼電器特性，將會增加系統(tǒng)的定位誤差，而對其他動態(tài)性能的影響，類似于死區(qū)、飽和非線性特性的綜合效果。 以上只是對系統(tǒng)正向通道中包含某個典型非線性因素的情況進行了直觀的討論，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，方法的重點是將二階非線性微分方程改寫為以輸出量及輸出量導數(shù)為變量的兩個一階微分方程。然后依據(jù)這一對方程，設法求出其在上述兩變量構(gòu)成的相平面中的軌線，并由此對系統(tǒng)的時間響應進行判別，所得結(jié)果比較精確和全面。但是對于高于二階的系統(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)果也比較符合實際，故得到了廣泛應用。下面首先重點介紹描述函數(shù)法。 7.3.1 諧波線性化 描述函數(shù)是對非線性特性在正弦信號作用下的輸出，進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，表達形式上類似于線性理論中的幅相頻率特性。

編輯推薦

　　《全國高等學校自動化專業(yè)系列教材·普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材·國家精品課程教材：自動控制原理》特色：　　本教材從基本概念、基本分析方法入手，結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實例，以時域分析方法為基礎，時域分析和頻域分析并進，利用直觀的物理概念，使學生充分理解系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)指標之間的內(nèi)在聯(lián)系，由淺入深地引導學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)學推導嚴謹、物理概念清楚等主要特色，加強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)學工具分析工程中的實際系統(tǒng)之外，還力求由淺入深、循序漸進和突出重點，同時給學生自學留有充分的空間。這既給分析、設計和調(diào)試目前工業(yè)中廣泛應用的各種控制系統(tǒng)提供了清楚的理論依據(jù)，又為學習有關(guān)專門文獻和后續(xù)課程打下了良好的基礎，也為進一步激發(fā)和調(diào)動學生的潛能和積極性創(chuàng)造了條件?！　”緯黾拥膬?nèi)容有：中國學者提出的代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)——謝氏判據(jù)；非電類系統(tǒng)的數(shù)學模型；MATLAB在系統(tǒng)分析中的應用實例及非周期函數(shù)的頻譜分析等。　　與本書配套的有習題集和實驗教程；為了合理利用現(xiàn)代化教學手段，本書還配有電子教案，網(wǎng)上答疑、實驗、試題系統(tǒng)等。

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