自動控制原理

前言

《自動控制原理》不僅是電類學科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，而且在機械、化工等非電類工程專業(yè)的課程設(shè)置中也占有重要地位。近年來，甚至是生物和經(jīng)濟類專業(yè)的學生中也多有選修這一課程的。為了適應不同專業(yè)和不同層次教學的需要，特編寫此書。本書是高等學校“十一五”精品規(guī)劃教材之一。    全書共九章，其中前六章是線性定常連續(xù)系統(tǒng)的分析與綜合；第七、八章講述了非線性系統(tǒng)及采樣系統(tǒng)的基本理論；第九章是關(guān)于MATLAB控制軟件的應用簡介和實例。    本書在講述方法上注意了簡明扼要、通俗易懂，加強概念性；在內(nèi)容安排上注意了各專業(yè)的通用性和便于不同教學時數(shù)的取舍。為了幫助讀者掌握和運用所學理論，每章均備有足夠的例題，并附有相當數(shù)量的習題可供練習。參加本書編寫的單位有：佳木斯大學、沈陽農(nóng)業(yè)大學、東北農(nóng)業(yè)大學、哈爾濱工程大學等。     本書第一、六、七章由田思慶編寫，第二章由常江編寫，第三章由張連軍編寫，第四、九章由玄子玉編寫，第五章由王鵬編寫，第八章由武俊麗編寫。參加本書編寫的還有李建輝、潘飛、紀佳欣。全書由楊康主審。    本書在編寫過程中參考了很多優(yōu)秀教材和著作，編者向收錄于參考文獻中的各位作者表示真誠的謝意。在此還要感謝沈陽農(nóng)業(yè)大學周啟龍教授，哈爾濱工業(yè)大學曲延濱教授、冉樹成教授，佳木斯大學周經(jīng)國副教授對本書和作者的支持、關(guān)心和幫助。    由于編者水平有限和時間倉促，書中定有不當之處，懇請廣大讀者和同行專家批評和指正。    作者    2006年7月

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了自動控制原理的基本內(nèi)容，著重于基本概念、基本理論和基本分析方法。全書共分九章，內(nèi)容包括：自動控制概論、系統(tǒng)的數(shù)學模型、自動控制系統(tǒng)的時域分析、根軌跡法、頻率特性法、控制系統(tǒng)的綜合與校正、非線性控制系統(tǒng)分析、采樣系統(tǒng)、MATLAB語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計。本書敘述深入淺出，內(nèi)容詳實。    本書可以作為高等院?！白詣涌刂圃怼钡慕滩模m用于自動化、電氣工程及自動化、電子信息工程、計算機科學與技術(shù)、通信工程及機械工程等專業(yè)，還可供從事控制工程的科技人員自學與參考。

書籍目錄

前言第一章 自動控制概論  1.1  自動控制系統(tǒng)  1.2  開環(huán)控制和閉環(huán)控制  1.3  控制系統(tǒng)的分類  1.4  控制系統(tǒng)的組成及對控制系統(tǒng)性能的要求  1.5  控制理論發(fā)展簡史  1.6  本課程的特點與學習方法  小結(jié)  習題第二章 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  拉普拉斯變換  2.3  傳遞函數(shù)  2.4  控制系統(tǒng)的方框圖和傳遞函數(shù)   2.5  信號流圖與梅遜公式  2.6  相似原理  2.7  控制系統(tǒng)的計算機輔助分析  小結(jié)  習題第三章 自動控制系統(tǒng)的時域分析  3.1  典型信號的控制過程  3.2  一階系統(tǒng)的時域分析  3.3  二階系統(tǒng)的時域分析  3.4  高階系統(tǒng)的時域分析  3.5  控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性  3.6  控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差  3.7  改善穩(wěn)態(tài)誤差精度的方法  小結(jié)  習題第四章 根軌跡法第五章 頻率特性法第六章 控制系統(tǒng)的綜合與校正第七章 非線性控制系統(tǒng)分析第八章 采樣系統(tǒng)第九章 MATLAB語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：    數(shù)學上可以證明，對于最小相位系統(tǒng)，對數(shù)幅頻特性和相頻特性不是相互獨立的，兩者之間存在著嚴格確定的聯(lián)系。如果已知對數(shù)幅頻特性，通過公式也可以把相頻特性計算出來。同樣，通過公式也可以由相頻特性計算出幅頻特性。所以兩者包含的信息內(nèi)容是相同的。從建立數(shù)學模型和分析、設(shè)計系統(tǒng)的角度看，只要詳細地畫出兩者中的一個就足夠了。由于對數(shù)幅頻特性容易畫，所以對于最小相位系統(tǒng)，通常只繪制詳細的對數(shù)幅頻特性圖，而對于相頻特性只畫簡圖，或者甚至不畫相頻特性圖。5.6傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒灤_定。    在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，首先就是要建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。我們已經(jīng)講述過了通過解析法建立數(shù)學模型的方法，由于實際對象的復雜性，完全從理論上推導出系統(tǒng)的數(shù)學模型往往是很困難的。這里我們再介紹一種在對系統(tǒng)未知的情況下，通過系統(tǒng)辨識，即實驗分析法來確定系統(tǒng)的數(shù)學模型。    系統(tǒng)辨識就是給系統(tǒng)施加一種激勵信號，測量出系統(tǒng)的輸入和輸出響應，然后對輸入、輸出數(shù)據(jù)進行數(shù)學處理并獲得系統(tǒng)的數(shù)學模型。由前可知，穩(wěn)定系統(tǒng)的頻率響應為與輸入同頻率的正弦信號，而幅值衰減和相角滯后為系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，因此可以運用頻率響應實驗確定穩(wěn)定系統(tǒng)的數(shù)學模型，實驗原理如圖5-30所示，即通過實驗求取被測系統(tǒng)頻率響應的數(shù)據(jù)，作出系統(tǒng)的伯德圖及對數(shù)幅頻特性曲線的漸近線。    據(jù)此，估計被測系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其具體步驟如下：(1)在感興趣的頻率范圍內(nèi)，給被測系統(tǒng)輸入不同頻率的正弦信號，測量系統(tǒng)相應輸出的穩(wěn)態(tài)值和相位，作出系統(tǒng)的伯德圖。(2)將測得的對數(shù)幅頻特性曲線用斜率為0、+-20dB／dec、+-40dB／dec等直線分段近似，求得系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線的漸近線。(3)先假設(shè)被測系統(tǒng)是最小相位型的。根據(jù)所求的對數(shù)幅頻漸近線，確定環(huán)節(jié)和增益后寫出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和相頻特性的表達式(對數(shù)幅頻漸近特性曲線確定最小相位條件下系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，這是繪制對數(shù)幅頻漸近特性曲線的逆問題)再畫出相頻特性曲線。系統(tǒng)的傳遞函數(shù)雖然初步確定了，但還必須用實驗得到的相頻特性曲線來檢驗。把所求的相頻特性曲線與由實驗求得的相頻特性曲線進行比較，若兩曲線能很好地吻合，且在高頻時它們的相角都趨于一(n-m)×90。，則表明所測的傳遞函數(shù)是最小相位 型的，該傳遞函數(shù)就是所要求的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。否則表示所測得的傳遞函數(shù)是非最小相位型的。

編輯推薦

《自動控制原理》不僅是電類學科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，而且在機械、化工等非電類工程專業(yè)的課程設(shè)置中也占有重要地位。近年來，甚至是生物和經(jīng)濟類專業(yè)的學生中也多有選修這一課程的。為了適應不同專業(yè)和不同層次教學的需要，特編寫此書。本書是高等學?！笆晃濉本芬?guī)劃教材之一。本書在講述方法上注意了簡明扼要、通俗易懂，加強概念性；在內(nèi)容安排上注意了各專業(yè)的通用性和便于不同教學時數(shù)的取舍。為了幫助讀者掌握和運用所學理論，每章均備有足夠的例題，并附有相當數(shù)量的習題可供練習。

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