自動控制原理

前言

　　在今天的社會生活中，自動化技術和設備無所不在，為人類文明進步做出了重要貢獻，同時自動控制理論也得到了空前發(fā)展，已經形成完善而深厚的理論體系?！　∧壳?，在一些非控制類工科高等院校，或者一些農業(yè)高等院校中，出于課程體系和實際生產實踐的需要，相繼開設了自動控制原理課程，且逐漸成為專業(yè)基礎課，為適應這些院校的教學要求和教學需要，特編寫此書。本書是《高等學校精品規(guī)劃教材》之一。　　本書根據(jù)非控制類工科和農科的相關專業(yè)對本理論體系的要求，把重點放在基本概念和基本原理的講述和理解應用上，盡量做到深入淺出。通過閱讀本書，使學生能夠正確理解有關控制理論的基本概念，掌握分析自動控制系統(tǒng)性能的基本方法，并初步具備綜合設計較簡單的自動控制系統(tǒng)的能力。本書共分8章：第1章為自動控制系統(tǒng)概述；第2章為控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，主要針對控制系統(tǒng)的微分方程和傳遞函數(shù)作較詳細的闡述，使學生在理解基本概念的基礎上能夠熟練掌握這兩種控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立以及轉換過程；第3章為控制系統(tǒng)的時域分析，鑒于多數(shù)院校在此課程的前續(xù)課中均開設了電路理論或信號與系統(tǒng)的課程，相關內容在本章中不再重復太多，主要討論了低階系統(tǒng)階躍響應的動靜態(tài)性能指標，重點敘述了控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷方法和穩(wěn)態(tài)誤差的計算；第4章為根軌跡法，講述系統(tǒng)分析方法中的根軌跡法的概念和根軌跡圖的繪制原則，以及運用根軌跡法分析系統(tǒng)性能的過程和方法；第5章為頻率分析法，重點敘述了頻率特性的定義，各典型環(huán)節(jié)頻率特性以及開、閉環(huán)控制系統(tǒng)的頻率特性，闡述應用頻率特性對控制系統(tǒng)進行分析的方法；第6章為控制系統(tǒng)的設計和校正，把頻率法校正作為基本內容，敘述了串聯(lián)校正、反饋校正、復合校正的基本概念和方法；第7章為非線性系統(tǒng)分析，介紹了非線性的基本種類和目前對非線性系統(tǒng)進行分析的基本方法，描述函數(shù)法和相平面法，并對非線性控制器及其應用作了論述；第8章針對目前工程計算的常用軟件MATLAB在控制系統(tǒng)分析和仿真中的應用作了簡要介紹，以利于教學的需要和學生的自學。　　此書按70學時左右編寫。不同院?？筛鶕?jù)需要舍棄某些章節(jié)的講授，如若40～50學時左右可講授前6章主要內容。全書可配備7～8個實驗，根據(jù)具體實驗條件而定?！　⒓颖緯帉懙膯挝挥校荷蜿栟r業(yè)大學、西北農林科技大學、山西農業(yè)大學、沈陽建筑大學等。　　本書的編寫人員有：吳秀華、楊兵力、劉振宇、張興福、劉美菊、鄒秋瀅、石敏惠、孫曉杰、王俊、楊萍、潘飛、許占文。全書由付立思教授任主審。　　由于作者水平有限，書中錯誤或不妥之處在所難免，敬請廣大讀者不吝指正。

內容概要

　　本書是《高等學校精品規(guī)劃教材》之一。本書共分8章。主要介紹自動控制系統(tǒng)的基本概念；線性控制系統(tǒng)在時域和復頻域中的數(shù)學模型及其動態(tài)結構圖的建立和化簡；闡述線性控制系統(tǒng)的時域分析法、根軌跡分析法、復頻域分析法以及校正和設計的基本方法；介紹非線性控制系統(tǒng)中常見的非線性特性對系統(tǒng)性能的影響和常用的相平面、描述函數(shù)分析方法。另外針對目前工程計算和實踐應用的需要，增加了MATLAB軟件在控制系統(tǒng)中應用的一些初步內容，以利于相關教學的需要?！　”緯勺鳛榉强刂祁惖墓た苹蜣r科高等校相關專業(yè)基礎課教材，也可供從事相關專業(yè)的技術人員閱讀。

書籍目錄

前言第1章　緒論　§1—1　引言　§1—2　自動控制　§1—3　反饋控制原理　§1—4　自動控制系統(tǒng)的組成　§1—5　自動控制系統(tǒng)的類型　§1—6　自動控制系統(tǒng)的分析設計方法　小結　習題第2章　自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型　§2—1　控制系統(tǒng)微分方程的建立　§2—2　非線性微分方程的線性化　§2—3　拉普拉斯變換及其應用　§2—4　傳遞函數(shù)　§2—5　動態(tài)結構圖　小結　習題第3章　控制系統(tǒng)時域分析　§3—1　典型輸入函數(shù)和時域性能指標　§3—2　一階系統(tǒng)的時域分析　§3—3　二階系統(tǒng)及高階系統(tǒng)的時域分析　§3—4　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析　§3—5　控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析　小結　習題第4章　根軌跡法　§4—1　根軌跡法的基本概念　§4—2　根軌跡的基本繪制法則　§4—3　廣義根軌跡　§4—4　根軌跡分析法　小結　習題第5章　頻域分析法　§5—1　頻率特性　§5—2　典型環(huán)節(jié)的頻率特性　§5—3　控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性　§5—4　頻域穩(wěn)定判據(jù)　§5—5　控制系統(tǒng)的頻域性能分析　小結　習題第6章　自動控制系統(tǒng)的設計與校正　§6—1　控制系統(tǒng)的設計步驟和性能指標　§6—2　基本控制規(guī)律　§6—3　常用串聯(lián)校正網絡　§6—4　常用的串聯(lián)校正方法　§6—5　反饋校正　§6—6　復合校正　小結　習題第7章　非線性控制系統(tǒng)分析　§7—1　控制系統(tǒng)的非線性特性　§7—2　相平面分析法　§7—3　描述函數(shù)法　§7—4　非線性控制器及其應用　小結　習題第8章　MATLAB語言與自動控制系統(tǒng)設計　§8—1　MATLAB語言簡介　§8—2　經典控制系統(tǒng)分析的常用命令及SIMULlNK仿真軟件簡介　小結習題答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　自動控制在現(xiàn)代工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術方面起著十分重要的作用，應用自動控制能使空間技術、現(xiàn)代武器和自動駕駛等方面得以飛速的發(fā)展，使機器設備和管理機構高高效地運行；生產過程的自動化能提高產品的質量，增加產品的數(shù)量，改善勞動條件。　　自動控制屬于高新技術學科，自動控制系統(tǒng)遍及各類工程領域，“系統(tǒng)”的概念已滲透到社會生活的各個方面?！白詣涌刂圃怼笔亲詣涌刂茖W科有關專業(yè)的核心課程，它是討論各類自動控制系統(tǒng)共性問題的一門技術科學。學習并掌握好自動控制技術，對于加快我國現(xiàn)代化的建設有著十分重要的意義。本書以工程系統(tǒng)為背景，介紹自動控制的基本原理以及控制系統(tǒng)的數(shù)學描述、分析與綜合的基本理論和方法?！　”菊聫墓こ虒嵗霭l(fā)，介紹自動控制的基本概念、基本方式和自動控制系統(tǒng)的分類與基本要求，重點是自動控制系統(tǒng)的基本組成原理，核心是反饋控制原理。同時回顧了控制理論學科的發(fā)展歷程?！　?-1　引言　　在生產力發(fā)展的過程中，人類總是不斷地認識世界和改造世界，不斷地提高勞動生產率。經過一個漫長的歷史時期，逐步地用機器代替人工勞動實現(xiàn)了機械化和自動化，開辟了人類對生產活動有意識控制的新紀元。自動控制是科學技術發(fā)展到一定階段的產物，是社會進步的一個象征。它是一門介于多個學科之間綜合性的高新技術學科，并滲透到各類工程領域和現(xiàn)代社會生活的各個方面，在信息科學中占有重要的地位。

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