自動(dòng)控制原理

前言

　　自動(dòng)控制原理是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)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(jī)械、冶金、信息、電力、醫(yī)藥、輕工等諸多工程領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍還擴(kuò)展到工程領(lǐng)域之外的諸多領(lǐng)域，諸如社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、軍事、航天、金融等。因此，掌握自動(dòng)控制的基本理論是十分重要的。　　學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理課程，要求學(xué)生除了掌握必要的數(shù)學(xué)、電學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)外，還應(yīng)該對(duì)自已所研究的工程領(lǐng)域有一定的了解。為了幫助學(xué)生能夠?qū)W好本門課程，我們組織在本課程的教學(xué)中有多年經(jīng)驗(yàn)的老師共同編寫了本教材。編寫時(shí)既照顧到控制理論的完整性和系統(tǒng)性，又力求理論與實(shí)踐相結(jié)合，希望對(duì)各院校在本門課程的教學(xué)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(yīng)用。在經(jīng)典控制理論中，除介紹控制系統(tǒng)的時(shí)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(luò)設(shè)計(jì)的代數(shù)方法，該方法可同時(shí)適用于超前、滯后、滯后?超前三大類校正網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。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(cè)性，并介紹了狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)和狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法?！　≡诟髡聝?nèi)容安排中，都有一節(jié)學(xué)生自讀的內(nèi)容。其中有該章的學(xué)習(xí)目標(biāo)，以利于學(xué)生更好地掌握各章的重點(diǎn)內(nèi)容。此外，除在正文里列舉一些工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明理論的應(yīng)用外，還在學(xué)生自讀一節(jié)中專門安排了例題分析與工程實(shí)例，通過(guò)結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際分析，使學(xué)生更好地掌握控制理論在生產(chǎn)中的應(yīng)用，力圖使讀者能學(xué)以致用?！　榱耸勾蠹覍?duì)Matlab及控制系統(tǒng)工具箱的應(yīng)用有所了解，本書除在各章中結(jié)合自動(dòng)控制理論進(jìn)行講解外，還在附錄中給出了Matlab的一些基本知識(shí)與使用說(shuō)明?！　榱吮阌谧x者學(xué)習(xí)本門課程，在附錄中給出了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，介紹了復(fù)變函數(shù)、拉式變換、Z變換、向量與矩陣等基本數(shù)學(xué)知識(shí)。在附錄中還介紹了多項(xiàng)式方程理論的若干研究成果，希望對(duì)讀者學(xué)習(xí)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(xué)的課件，需要者可與出版社或作者聯(lián)系?！　”緯杀本┗ご髮W(xué)、北京理工大學(xué)、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?！　”緯y免出現(xiàn)不當(dāng)之處，敬請(qǐng)各位老師和讀者批評(píng)指正?！　”緯木帉懙玫搅恕氨本┗ご髮W(xué)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(xué)校《自動(dòng)控制原理》課程教材，適用于自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等其他相關(guān)專業(yè)，諸如石油、化工、機(jī)械、冶金、信息、電力、醫(yī)藥、輕工等相關(guān)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(yīng)用。編寫時(shí)既照顧到控制理論的完整性和系統(tǒng)性，又力求理論與實(shí)踐相結(jié)合。 　　本書本著循序漸進(jìn)、啟發(fā)思維的原則，力求在內(nèi)容安排上遵街教學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，既有利于教學(xué)，又利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。在各章末專門安排了學(xué)生自讀的內(nèi)容，使學(xué)生能掌握各章的重點(diǎn)內(nèi)容，并通過(guò)大量實(shí)例分析和習(xí)題，使學(xué)生了解并逐步掌握控制理論在生產(chǎn)中的應(yīng)用，力圖使讀者能學(xué)以致用。本書還介紹了Matlab在控制系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以幫助學(xué)生更快更好地掌握本書的主要內(nèi)容?！　”緯鴮?duì)控制工程領(lǐng)域從事科學(xué)研究及相關(guān)工程技術(shù)人員，具有參考價(jià)值。

書籍目錄

第1章　概述　1.1　自動(dòng)控制理論的發(fā)展及趨勢(shì)　1.2　開環(huán)控制與閉環(huán)控制　1.3　對(duì)自動(dòng)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　建模　　1.4.2　系統(tǒng)分析　　1.4.3　系統(tǒng)綜合　　1.5　學(xué)生自讀　　1.5.1　學(xué)習(xí)目標(biāo)　　1.5.2　例題分析與工程實(shí)例　　1.5.3　本章小結(jié)　習(xí)題第2章　控制系統(tǒng)及其組成環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型　2.1　數(shù)學(xué)模型的類型及建模方法　　2.1.1　數(shù)學(xué)模型的幾種類型　　2.1.2　數(shù)學(xué)模型建立的一般方法　2.2　系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)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(hào)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(xué)生自讀　　2.5.1　學(xué)習(xí)目標(biāo)　　2.5.2　例題分析與工程實(shí)例　　2.5.3　本章小結(jié)　習(xí)題2第3章　控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法　3.1　控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程形式及性能指標(biāo)　　3.1.1　控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)　　3.1.2　控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的性能指標(biāo)　3.2　一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)　　3.2.1　單位階躍響應(yīng)　　3.2.2　單位斜坡響應(yīng)　　3.2.3　單位脈沖響應(yīng)　3.3　二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)　　3.3.1　二階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式　　3.3.2　二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)　　3.3.3　二階欠阻尼系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的性能指標(biāo)　3.4　高階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)　　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(dòng)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(yīng)用　3.7　應(yīng)用Matlab分析控制系統(tǒng)的性能　3.8　學(xué)生自讀　　3.8.1　學(xué)習(xí)目標(biāo)　　3.8.2　例題分析與工程實(shí)例　　3.8.3　本章小結(jié)　習(xí)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(shè)計(jì)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(xué)基礎(chǔ)附錄2　根軌跡繪制法則的證明附錄3　Matlab基礎(chǔ)知識(shí)部分習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

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