自動(dòng)控制原理

前言

　　近年來我國高等教育事業(yè)得到了空前的發(fā)展，高等院校的招生規(guī)模有了很大的擴(kuò)展，在全國范圍內(nèi)涌現(xiàn)了一大批以獨(dú)立學(xué)院為代表的應(yīng)用型本科院校，這對(duì)我國高等教育的全方位、持續(xù)、健康發(fā)展具有重大的意義?！　?yīng)用型本科院校以著重培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，開設(shè)的大多是一些針對(duì)性較強(qiáng)、應(yīng)用特色明確的本科專業(yè)，但目前所采用的教材大多是直接選用普通高校的那些適用于研究型人才培養(yǎng)的教材。這些教材往往過分強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和完整性，偏重基礎(chǔ)理論知識(shí)，而對(duì)應(yīng)用知識(shí)的傳授卻不足，難以充分體現(xiàn)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)特點(diǎn)，無法直接有效地滿足應(yīng)用型本科院校的實(shí)際教學(xué)需要?！　≌憬髮W(xué)出版社認(rèn)識(shí)到，高校教育層次化與多樣化的發(fā)展趨勢對(duì)出版社提出了更高的要求，即無論在選題策劃，還是在出版模式上都要進(jìn)一步細(xì)化，以滿足不同層次的高校的教學(xué)需求。應(yīng)用型本科院校是介于研究型本科與高職之間的一個(gè)新興辦學(xué)群體，它有別于普通的本科教育，但又不能偏離本科生教學(xué)的基本要求，因此，教材編寫必須圍繞本科生所要掌握的基本知識(shí)與概念展開。但是，培養(yǎng)應(yīng)用型與技術(shù)型人才又是應(yīng)用型本科院校的教學(xué)宗旨，這就要求教材改革必須有利于進(jìn)一步強(qiáng)化應(yīng)用能力的培養(yǎng)?！　≡谌祟惪萍歼M(jìn)步的歷史進(jìn)程中，自動(dòng)化科學(xué)和技術(shù)的產(chǎn)生改變了人們的生產(chǎn)方式和工作方式，控制和反饋思想則一直影響著人們的思維方式。蒸汽機(jī)和電機(jī)的應(yīng)用，延伸了人的體力勞動(dòng)，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，催生了工業(yè)革命，使人類社會(huì)通過工業(yè)化從農(nóng)業(yè)社會(huì)發(fā)展到工業(yè)社會(huì)。而現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，則延伸了人的腦力勞動(dòng)，引發(fā)了以數(shù)字化、自動(dòng)化為主要特征的新的工業(yè)革命，使人類社會(huì)通過信息化從工業(yè)社會(huì)發(fā)展到信息社會(huì)。信息時(shí)代的自動(dòng)化技術(shù)有了更加寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域和難得的發(fā)展機(jī)遇。

內(nèi)容概要

　　在人類科技進(jìn)步的歷史進(jìn)程中，自動(dòng)化科學(xué)和技術(shù)的產(chǎn)生改變了人們的生產(chǎn)方式和工作方式，控制和反饋思想則一直影響著人們的思維方式。蒸汽機(jī)和電機(jī)的應(yīng)用，延伸了人的體力勞動(dòng)，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，催生了工業(yè)革命，使人類社會(huì)通過工業(yè)化從農(nóng)業(yè)社會(huì)發(fā)展到工業(yè)社會(huì)。而現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，則延伸了人的腦力勞動(dòng)，引發(fā)了以數(shù)字化、自動(dòng)化為主要特征的新的工業(yè)革命，使人類社會(huì)通過信息化從工業(yè)社會(huì)發(fā)展到信息社會(huì)。信息時(shí)代的自動(dòng)化技術(shù)有了更加寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域和難得的發(fā)展機(jī)遇。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 引言1.2 隨動(dòng)系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)1.2.1 位置隨動(dòng)系統(tǒng)1.2.2 過程控制系統(tǒng)1.3 開環(huán)控制與閉環(huán)控制1.3.1 開環(huán)控制1.3.2 閉環(huán)控制1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成與分類1.4.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成1.4.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1.5 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求1.5.1 穩(wěn)定性1.5.2 穩(wěn)態(tài)精度1.5.3 響應(yīng)速度1.6 MATLAB軟件簡介1.6.1 MATLAB的安裝與啟動(dòng)1.6.2 MATLAB指令窗1.6.3 MATLAB中的數(shù)值表示、變量命名、運(yùn)算符號(hào)和表達(dá)式1.6.4 應(yīng)用MATLAB進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算1.6.5 應(yīng)用MATLAB繪制二維圖線1.6.6 應(yīng)用MATLAB處理傳遞函數(shù)的變換習(xí)題第2章 拉普拉斯變換及其應(yīng)用2.1 拉普拉斯變換的定義2.2 拉普拉斯變換的基本性質(zhì)2.3 拉普拉斯反變換2.4 拉普拉斯變換應(yīng)用實(shí)例習(xí)題第3章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3.1 控制系統(tǒng)的微分方程3.1.1 機(jī)械系統(tǒng)3.1.2 電路系統(tǒng)3.1.3 機(jī)電系統(tǒng)3.2 傳遞函數(shù)3.2.1 傳遞函數(shù)的定義3.2.2 傳遞函數(shù)的性質(zhì)3.2.3 傳遞函數(shù)的求法3.2.4 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)3.2.5 負(fù)載效應(yīng)3.3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖3.3.1 結(jié)構(gòu)圖的基本概念3.3.2 結(jié)構(gòu)圖的等效變換和簡化3.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)3.4 梅森公式及其應(yīng)用習(xí)題第4章 線性控制系統(tǒng)的時(shí)域分析4.1 引言4.1.1 典型輸入信號(hào)4.1.2 動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能4.2 典型系統(tǒng)的時(shí)域分析4.2.1 一階系統(tǒng)時(shí)域分析4.2.2 二階系統(tǒng)時(shí)域分析4.2.3 高階系統(tǒng)時(shí)域分析4.3 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析4.3.1 穩(wěn)定的基本概念4.3.2 勞斯(Routh)穩(wěn)定判據(jù)4.3.3 穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用4.4 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析4.4.1 誤差與穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念4.4.2 系統(tǒng)的類型4.4.3 典型輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差4.4.4 擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差4.4.5 減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施4.5 MATLAB在時(shí)域分析中的應(yīng)用4.5.1 MATLAB中的數(shù)學(xué)模型表示4.5.2 時(shí)域響應(yīng)分析習(xí)題第5章 線性系統(tǒng)的根軌跡分析法5.1 根軌跡的概念5.1.1 系統(tǒng)的根軌跡5.1.2 根軌跡的幅值條件和相角條件5.2 根軌跡分析法5.2.1 繪制根軌跡的基本規(guī)則5.2.2 參數(shù)根軌跡和多回路系統(tǒng)根軌跡5.2.3 正反饋回路和非最小相位系統(tǒng)根軌跡5.3 基于MATLAB的根軌跡分析法5.3.1 利用MATLAB繪制根軌跡5.3.2 基于根軌跡的系統(tǒng)性能分析習(xí)題第6章 線性系統(tǒng)的頻域分析法6.1 頻率特性的概念及其物理意義6.1.1 頻率響應(yīng)6.1.2 頻率特性6.2 頻率特性的圖示6.2.1 奈奎斯特圖6.2.2 伯德圖6.3 典型環(huán)節(jié)的頻率特性6.3.1 此例環(huán)節(jié)6.3.2 積分環(huán)節(jié)6.3.3 微分環(huán)節(jié)6.3.4 慣性環(huán)節(jié)6.3.5 振蕩環(huán)節(jié)6.3.6 一階微分環(huán)節(jié)和二階微分環(huán)節(jié)6.3.7 時(shí)滯環(huán)節(jié)6.4 開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性繪制6.4.1 開環(huán)系統(tǒng)伯德圖的繪制6.4.2 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)6.5 頻域穩(wěn)定性分析6.5.1 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)6.5.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度6.6 開環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)之間的關(guān)系6.6.1 控制系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)6.6.2 開環(huán)頻域指標(biāo)和時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系6.7 MATLAB在系統(tǒng)頻域分析中的應(yīng)用6.7.1 傳遞函數(shù)模型tf對(duì)象6.7.2 伯德圖的繪制6.7.3 奈氏圖的繪制習(xí)題第7章 線性控制系統(tǒng)的校正方法7.1 引言7.2 串聯(lián)校正7.2.1 超前校正7.2.2 滯后校正7.2.3 滯后一超前校正7.3 PID控制器設(shè)計(jì)7.3.1 PID控制器工作原理7.3.2 Zieloger-Niclosls整定公式7.4 利用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)校正習(xí)題第8章 非線性控制系統(tǒng)的一般分析方法8.1 非線性系統(tǒng)概述8.1.1 典型非線性特性8.1.2 非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)8.2 非線性系統(tǒng)常用分析方法8.2.1 非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法8.2.2 非線性系統(tǒng)的相平面法8.3 MATLAB在非線性系統(tǒng)分析中的應(yīng)用習(xí)題第9章 自動(dòng)控制理論的應(yīng)用實(shí)例9.1 應(yīng)用一某電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)9.1.1 應(yīng)用背景9.1.2 基本組成與工作原理9.1.3 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型9.1.4 控制器的設(shè)計(jì)及分析9.2 應(yīng)用二模擬位置隨動(dòng)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)9.2.1 系統(tǒng)組成及工作原理……第10章 采樣控制系統(tǒng)分析方法與應(yīng)用第11章 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間理論基礎(chǔ)附錄A附錄B 習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　1.1　引言　　所謂自動(dòng)控制，就是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置，對(duì)生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)等進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)與控制，使之按照預(yù)定的方案達(dá)到預(yù)定的要求。自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，將直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、成本、勞動(dòng)條件，以及預(yù)期目標(biāo)的完成。例如人造衛(wèi)星按指定的軌道運(yùn)行，并始終保持正確的姿態(tài)，使它的太陽能電池一直朝向太陽，無線電天線一直指向地球……電網(wǎng)的電壓和頻率自動(dòng)地維持不變；金屬切削機(jī)床的速度在電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)保持穩(wěn)定。以上這些，都是自動(dòng)控制的結(jié)果。　　自動(dòng)控制是一門理論性很強(qiáng)的技術(shù)，一般泛稱為“自動(dòng)控制技術(shù)”。把實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所需的各個(gè)部件按一定的規(guī)律組合起來，去控制被控對(duì)象，這個(gè)組合體叫做“控制系統(tǒng)”。分析與綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論稱為“控制理論”。　　自動(dòng)控制系統(tǒng)的種類較多，被控制的物理量各種各樣，如溫度、壓力、流量、電壓、轉(zhuǎn)速、位移和力等。組成控制系統(tǒng)的這些元部件雖然有較大的差異，但是系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)卻相類似，且一般都是通過機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)來代替人工控制。為了了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，首先讓我們分析一下圖1-1所示的液面控制系統(tǒng)。人若參與該系統(tǒng)的控制，應(yīng)起哪些作用？　　……

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