出版時間:2008-8 出版社:中國科學(xué)技術(shù)出版社 作者:黃曉紅,滕立國,莫懷訓(xùn) 編 頁數(shù):241
內(nèi)容概要
《自動控制原理與技術(shù)》在內(nèi)容編排上注意循序漸進,由淺入深,便于讀者掌握。主要介紹經(jīng)典控制理論的內(nèi)容,加強了對基本理論及其應(yīng)用的闡述,深入淺出地介紹了自動控制的基本概念。減少了公式和結(jié)論的理論推導(dǎo)過程。針對職業(yè)教育的特點,《自動控制原理與技術(shù)》強調(diào)了對公式和結(jié)論應(yīng)用能力的培養(yǎng),而不強調(diào)其推導(dǎo)過程。由于計算機的迅速普及和應(yīng)用,借助計算機進行控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計已成為現(xiàn)實,因此《自動控制原理與技術(shù)》引入了當今世界上最流行的、基于MATLAB的系統(tǒng)分析和設(shè)計的內(nèi)容,使學(xué)生在掌握基本概念的同時,還能掌握一種有力的工具。這也為教師進行CAI教學(xué)提供了條件。 《自動控制原理與技術(shù)》可作為高等職業(yè)院校、大專院校、中等職業(yè)院校、電大和業(yè)余大學(xué)自動化、電氣技術(shù)、智能樓宇、機電一體化及相近專業(yè)的自動控制及類似課程的選用教材,也可供電氣工程技術(shù)人員參考。
書籍目錄
1 緒論1.1 引言1.2 自動控制的基本概念1.2.1 人工控制與自動控制1.2.2 開環(huán)控制系統(tǒng)1.2.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)1.2.4 自動控制系統(tǒng)的特征和定義1.3 自動控制系統(tǒng)的組成1.3.1 基本組成部分1.3.2 自動控制系統(tǒng)中常用的名詞術(shù)語1.4 自動控制系統(tǒng)的分類1.4.1 按輸入信號的特征分類1.4.2 按描述元件的動態(tài)方程分類1.4.3 按信號的傳遞是否連續(xù)分類1.4.4 按系統(tǒng)的參數(shù)是否隨時間而變化分類1.5 自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例1.5.1 蒸汽機轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)1.5.2 爐溫自動控制系統(tǒng)1.5.3 導(dǎo)彈發(fā)射架的方位控制系統(tǒng)1.5.4 船舶隨動舵的控制系統(tǒng)1.5.5 火炮、雷達天線的方位控制系統(tǒng)1.6 對自動控制系統(tǒng)的基本要求及本課程的研究內(nèi)容1.6.1 對自動控制系統(tǒng)的基本要求1.6.2 本課程的研究內(nèi)容1.7 計算機輔助設(shè)計與仿真工具MATLAB軟件簡介1.7.1 MATLAB的操作界面簡介1.7.2 MATLAB中的命令和函數(shù)1.7.3 MATLAB中的常量和變量1.7.4 MATLAB中的運算符1.7.5 繪制響應(yīng)曲線1.7.6 SIMUUNK簡介本章小結(jié)習(xí)題2 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1 控制系統(tǒng)的微分方程2.1.1 線性元件的微分方程2.1.2 微分方程的增量化表示2.1.3 非線性微分方程的線性化2.1.4 線性系統(tǒng)微分方程的編寫2.2 傳遞函數(shù)2.2.1 傳遞函數(shù)的概念和定義2.2.2 用復(fù)數(shù)阻抗法求電網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)2.2.3 關(guān)于傳遞函數(shù)的幾點說明2.3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換2.3.1 結(jié)構(gòu)圖的基本概念2.3.2 結(jié)構(gòu)圖的組成和建立2.4 自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2.4.1 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)2.4.2 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2.4.3 閉環(huán)系統(tǒng)的偏差傳遞函數(shù)2.5 信號流圖2.5.1 信號流圖采用的一些符號及術(shù)語2.5.2 信號流圖的等效變換法則2.5.3 梅遜公式及其應(yīng)用舉例本章小結(jié)習(xí)題3 自動控制系統(tǒng)的時域分析3.1 穩(wěn)定性和代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)3.1.1 穩(wěn)定的概念和線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件3.1.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)3.1.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用3.2 典型輸入信號和階躍響應(yīng)性能指標3.2.1 典型輸入信號3.2.2 階躍響應(yīng)性能指標3.3 一階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標3.3.1 一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)3.3.2 一階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標3.4 二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標3.4.1 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)3.4.2 二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標3.4.3 二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系3.5 高階系統(tǒng)的時域分析3.5.1 閉環(huán)系統(tǒng)主導(dǎo)極點3.5.2 高階系統(tǒng)的主導(dǎo)極點分析3.6 穩(wěn)態(tài)誤差分析3.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義3.6.2 控制系統(tǒng)的型別3.6.3 給定輸入信號作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差3.6.4 擾動輸入作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差3.6.5 提高穩(wěn)態(tài)精度的措施3.7 控制系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)3.7.1 控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)3.7.2 控制系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)3.7.3 系統(tǒng)在其他輸入下控制系統(tǒng)時域響應(yīng)3.7.4 應(yīng)用Simulink分析系統(tǒng)的時域響應(yīng)本章小結(jié)習(xí)題4 自動控制系統(tǒng)的根軌跡分析法4.1 根軌跡分析法概述4.1.1 根軌跡的概念4.1.2 繪制根軌跡的相角條件和輻值條件4.2 根軌跡的繪制方法4.2.1 根軌跡的分支數(shù)4.2.2 根軌跡的連續(xù)性和對稱性4.2.3 根軌跡的起點(k=0)和終點(k=oc)4.2.4 實軸上的根軌跡4.2.5 根軌跡的漸近線4.2.6 根軌跡的分離點4.2.7 根軌跡的起始角與終止角4.2.8 根軌跡與虛軸的交點4.3 根軌跡分析在MATLAB中的實現(xiàn)4.3.1 繪制系統(tǒng)零極點圖的函數(shù)pzmap()4.3.2 繪制系統(tǒng)根軌跡的函數(shù)rlocus()4.3.3 求取根軌跡上指定點處的增益函數(shù)rolcfind()本章小結(jié)習(xí)題5 自動控制系統(tǒng)的頻率特性分析法5.1 頻率特性的基本概念5.1.1 頻率特性的定義5.1.2 頻率特性的求取方法5.1.3 頻率特性的圖示方法5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性5.2.1 比例環(huán)節(jié)5.2.2 積分環(huán)節(jié)5.2.3 微分環(huán)節(jié)5.2.4 慣性環(huán)節(jié)5.2.5 一階微分環(huán)節(jié)5.2.6 振蕩環(huán)節(jié)5.2.7 二階微分環(huán)節(jié)5.2.8 延遲環(huán)節(jié)5.2.9 非最小相位環(huán)節(jié)5.3 系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性5.3.1 系統(tǒng)開環(huán)幅相頻率特性的繪制5.3.2 系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性的繪制5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)5.4.1 輔助函數(shù)和奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)5.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)在I型和Ⅱ型中的應(yīng)用5.4.3 在伯德圖上判別閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性5.4.4 多回路系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析5.5 穩(wěn)定裕度5.5.1 相角裕度5.5.2 幅值裕度5.6 利用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)性能5.6.1 L(w)低頻漸近線與系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的關(guān)系5.6.2 L(w)中頻段的斜率與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系5.6.3 開環(huán)頻率特性和系統(tǒng)動態(tài)性能的關(guān)系5.6.4 L(w)的高頻段對系統(tǒng)性能的影響5.6.5 結(jié)論本章小結(jié)習(xí)題6 自動控制系統(tǒng)的校正6.1 自動控制系統(tǒng)性能改善概述6.1.1 自動控制系統(tǒng)校正的概念6.1.2 校正的實質(zhì)6.1.3 校正方案的確定6.1.4 系統(tǒng)性能指標的確定6.2 提高系統(tǒng)準確性的校正方法6.2.1 引入輸入補償方法6.2.2 引入擾動補償方法6.3 改善系統(tǒng)動態(tài)性能的校正方法6.3.1 引入速度負反饋的系統(tǒng)校正方法6.3.2 引入串聯(lián)校正裝置的系統(tǒng)校正方法6.3.3 反饋校正方法6.4 PID調(diào)節(jié)器6.4.1 PID的基本控制作用6.4.2 PID控制器的參數(shù)確定6.5 MATIAB在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用6.5.1 根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的極點(特征根)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性6.5.2 利用根軌跡判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性6.5.3 利用頻率特性判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性6.5.4 計算相角裕度和幅值裕度本章小結(jié)習(xí)題附錄附錄Ⅰ 常用函數(shù)拉氏變換表附錄Ⅱ 拉氏變換的一些定理附錄Ⅲ MATLAB函數(shù)命令索引表
章節(jié)摘錄
2 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 研究與分析一個系統(tǒng),不僅要定性地了解系統(tǒng)的工作原理及其特性,而且更要定量地描述系統(tǒng)的動態(tài)性能,揭示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與動態(tài)性能之間的關(guān)系。這就需要首先建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。所謂數(shù)學(xué)模型,就是描述系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。例如在時域中,描述系統(tǒng)輸入量與輸出量之間關(guān)系的微分方程就是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。有了這個數(shù)學(xué)模型之后,只要知道輸入作用和變量的初始條件,就可對微分方程求解,得出系統(tǒng)輸出量的時域解。根據(jù)這一時域解就可對系統(tǒng)進行性能評估。可見,建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是定量分析或設(shè)計計算的前提?! 〗⒑侠淼臄?shù)學(xué)模型絕非易事。因為在建立模型過程中,必須在模型的簡化性和分析結(jié)果的精確性之間作出某些折中的考慮。通常是根據(jù)系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及計算精度要求,略去一些次要因素,使模型既能準確地反映系統(tǒng)的動態(tài)本質(zhì),又能簡化分析計算工作。 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的形式較多,有微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性、狀態(tài)變量、結(jié)構(gòu)圖和信號流圖等。在現(xiàn)代控制理論中,應(yīng)用狀態(tài)變量表達式較為方便;而在經(jīng)典控制理論中,最常用的數(shù)學(xué)模型是微分方程、傳遞函數(shù)和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。本章主要研究系統(tǒng)微分方程的編寫、傳遞函數(shù)和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖化簡等?! ?.1 控制系統(tǒng)的微分方程 2.1.1 線性元件的微分方程 控制系統(tǒng)是由各元件組成的,因此,首先要建立反映各個元件輸入量與輸出量之間關(guān)系的運動方程(一般是微分方程組)。列寫微分方程的一般步驟是: ?。?)根據(jù)元件的工作原理和在系統(tǒng)中的作用,確定元件的輸入量和輸出量(必要時還要考慮擾動量),并根據(jù)需要引進一些中間變量?! 。?)根據(jù)各元件在工作過程中所遵循的物理或化學(xué)定律,按工作條件忽略一些次要因素,并考慮相鄰元件的彼此影響,列出微分方程。常用的定律有:電路系統(tǒng)的基爾霍夫定律、力學(xué)系統(tǒng)的牛頓定律和熱力學(xué)系統(tǒng)的熱力學(xué)定律等。 ?。?)消去中間變量后得到描述輸出量與輸入量(包括擾動量)關(guān)系的微分方程,即元件的數(shù)學(xué)模型。通常還按照慣例把微分方程寫成標準形式,將與輸入量有關(guān)的各項寫在方程的右邊,與輸出量有關(guān)的各項寫在方程的左邊。方程兩邊各導(dǎo)數(shù)項均按降冪排列?! ?/pre>圖書封面
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