自動控制原理

前言

　　自動控制原理是一門重要的技術基礎理論課程，在許多工科課程中占據(jù)了核心地位，涉及石油、化工、機械、冶金、信息、電力、醫(yī)藥、輕工等諸多工程領域，其應用范圍還擴展到工程領域之外的諸多領域，諸如社會、經(jīng)濟、軍事、航天、金融等。因此，掌握自動控制的基本理論是十分重要的?！　W習自動控制原理課程，要求學生除了掌握必要的數(shù)學、電學等基礎知識外，還應該對自已所研究的工程領域有一定的了解。為了幫助學生能夠?qū)W好本門課程，我們組織在本課程的教學中有多年經(jīng)驗的老師共同編寫了本教材。編寫時既照顧到控制理論的完整性和系統(tǒng)性，又力求理論與實踐相結合，希望對各院校在本門課程的教學中有所幫助。　　本教材的內(nèi)容包括經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的基本概念和若干應用。在經(jīng)典控制理論中，除介紹控制系統(tǒng)的時域分析法、根軌跡分析法和頻率特性分析法外，還特別提出了校正網(wǎng)絡設計的代數(shù)方法，該方法可同時適用于超前、滯后、滯后?超前三大類校正網(wǎng)絡的設計。在現(xiàn)代控制理論中，主要介紹了狀態(tài)空間模型的建立、能控性和能觀測性，并介紹了狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)和狀態(tài)觀測器的設計方法。　　在各章內(nèi)容安排中，都有一節(jié)學生自讀的內(nèi)容。其中有該章的學習目標，以利于學生更好地掌握各章的重點內(nèi)容。此外，除在正文里列舉一些工程實例來說明理論的應用外，還在學生自讀一節(jié)中專門安排了例題分析與工程實例，通過結合生產(chǎn)過程的實際分析，使學生更好地掌握控制理論在生產(chǎn)中的應用，力圖使讀者能學以致用?！　榱耸勾蠹覍atlab及控制系統(tǒng)工具箱的應用有所了解，本書除在各章中結合自動控制理論進行講解外，還在附錄中給出了Matlab的一些基本知識與使用說明?！　榱吮阌谧x者學習本門課程，在附錄中給出了數(shù)學基礎，介紹了復變函數(shù)、拉式變換、Z變換、向量與矩陣等基本數(shù)學知識。在附錄中還介紹了多項式方程理論的若干研究成果，希望對讀者學習本門課程有所幫助。　　本書的主要內(nèi)容已經(jīng)制作成用于多媒體教學的課件，需要者可與出版社或作者聯(lián)系?！　”緯杀本┗ご髮W、北京理工大學、山東兗州電大聯(lián)合編寫。參加編寫的有王晶（第 7、9章）、曹柳林（第3章）、王曉華（第2章）、劉振娟（第5章）、陳娟（第8章）、馬召坤（第4、6章）、厲玉鳴（第1章）。王晶副教授在全書的整理方面做了大量的工作。　　本書難免出現(xiàn)不當之處，敬請各位老師和讀者批評指正。　　本書的編寫得到了“北京化工大學化新教材基金”和山東兗州電大的資助?！　【幷摺　?005年3月

內(nèi)容概要

本書為高等學?！蹲詣涌刂圃怼氛n程教材，適用于自動化、電氣工程及其自動化等其他相關專業(yè)，諸如石油、化工、機械、冶金、信息、電力、醫(yī)藥、輕工等相關專業(yè)都是本書涉及的主要范圍。 　　本書的內(nèi)容包括經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的基本概念和若干應用。編寫時既照顧到控制理論的完整性和系統(tǒng)性，又力求理論與實踐相結合。 　　本書本著循序漸進、啟發(fā)思維的原則，力求在內(nèi)容安排上遵街教學的內(nèi)在規(guī)律，既有利于教學，又利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。在各章末專門安排了學生自讀的內(nèi)容，使學生能掌握各章的重點內(nèi)容，并通過大量實例分析和習題，使學生了解并逐步掌握控制理論在生產(chǎn)中的應用，力圖使讀者能學以致用。本書還介紹了Matlab在控制系統(tǒng)分析及設計中的應用，以幫助學生更快更好地掌握本書的主要內(nèi)容?！　”緯鴮刂乒こ填I域從事科學研究及相關工程技術人員，具有參考價值。

書籍目錄

第1章　概述　1.1　自動控制理論的發(fā)展及趨勢　1.2　開環(huán)控制與閉環(huán)控制　1.3　對自動控制系統(tǒng)的基本要求　　1.3.1　穩(wěn)定性　　1.3.2　精確性　　1.3.3　快速性　1.4　本書梗概　　1.4.1　建?！　?.4.2　系統(tǒng)分析　　1.4.3　系統(tǒng)綜合　　1.5　學生自讀　　1.5.1　學習目標　　1.5.2　例題分析與工程實例　　1.5.3　本章小結　習題第2章　控制系統(tǒng)及其組成環(huán)節(jié)的數(shù)學模型　2.1　數(shù)學模型的類型及建模方法　　2.1.1　數(shù)學模型的幾種類型　　2.1.2　數(shù)學模型建立的一般方法　2.2　系統(tǒng)的微分方程數(shù)學模型的建立　2.3　控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型　　2.3.1　傳遞函數(shù)　　2.3.2　控制系統(tǒng)中的典型環(huán)節(jié)　　2.3.3　系統(tǒng)方塊圖　　2.3.4　信號流圖　　2.3.5　梅遜公式　2.4　利用Matlab建立控制系統(tǒng)模型　2.5　學生自讀　　2.5.1　學習目標　　2.5.2　例題分析與工程實例　　2.5.3　本章小結　習題2第3章　控制系統(tǒng)的時域分析法　3.1　控制系統(tǒng)的過渡過程形式及性能指標　　3.1.1　控制系統(tǒng)的輸入信號　　3.1.2　控制系統(tǒng)過渡過程的性能指標　3.2　一階系統(tǒng)的動態(tài)響應　　3.2.1　單位階躍響應　　3.2.2　單位斜坡響應　　3.2.3　單位脈沖響應　3.3　二階系統(tǒng)的動態(tài)響應　　3.3.1　二階系統(tǒng)數(shù)學模型的標準形式　　3.3.2　二階系統(tǒng)的單位階躍響應　　3.3.3　二階欠阻尼系統(tǒng)過渡過程的性能指標　3.4　高階系統(tǒng)的動態(tài)響應　　3.4.1　高階系統(tǒng)的解析分析　　3.4.2　高階系統(tǒng)的降階近似分析　3.5　控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析　　3.5.1　穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)類型　　3.5.2　給定穩(wěn)態(tài)偏差分析　　3.5.3　擾動穩(wěn)態(tài)偏差分析　3.6　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析　　3.6.1　系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念及條件　　3.6.2　勞斯穩(wěn)定判據(jù)　　3.6.3　勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應用　3.7　應用Matlab分析控制系統(tǒng)的性能　3.8　學生自讀　　3.8.1　學習目標　　3.8.2　例題分析與工程實例　　3.8.3　本章小結　習題3第4章　根軌跡分析　4.1　根軌跡的概念　　4.1.1　根軌跡引入的背景　　……第5章　頻率特性分析法第6章　線性系統(tǒng)的校正方法第7章　狀態(tài)空間分析設計方法第8章　采樣控制系統(tǒng)分析方法第9章　非線性控制系統(tǒng)附錄1　數(shù)學基礎附錄2　根軌跡繪制法則的證明附錄3　Matlab基礎知識部分習題答案參考文獻

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