自動(dòng)控制原理

內(nèi)容概要

本書以經(jīng)典控制理論為主，同時(shí)介紹了現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)部分內(nèi)容。全書共分10章，主要內(nèi)容包括控制系統(tǒng)的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法及系統(tǒng)的校正；同時(shí)，闡述了線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合設(shè)計(jì)方法、非線性控制系統(tǒng)的分析方法，介紹了MATLAB在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。    本書適用于測(cè)控類、電氣工程自動(dòng)化本科專業(yè)的“自動(dòng)控制原理”的教材，也可作為其他電類專業(yè)的本科教材，并可供從事自動(dòng)化工作的工程技術(shù)人員作參考。

書籍目錄

第1章  自動(dòng)控制系統(tǒng)概述  1.1 開環(huán)控制與閉環(huán)控制  1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類  1.3 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本性能要求  習(xí)題1第2章  控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型  2.1 控制系統(tǒng)的微分方程  2.2 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)  2.3 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖  習(xí)題2第3章  時(shí)域分析法  3.1 典型輸入信號(hào)和時(shí)域性能指標(biāo)  3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)域分析  3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)域分析  3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)域分析  3.5 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析  3.6 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性分析  習(xí)題3第4章  根軌跡法  4.1 根軌跡法的基本概念  4.2 繪制根軌跡的基本條件和規(guī)則  4.3 特殊根軌跡  4.4 用根軌跡法分析系統(tǒng)性能  習(xí)題4第5章  頻率分析法  5.1 頻率特性  5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性  5.3 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性圖的繪制  5.4 頻域穩(wěn)定性判據(jù)  5.5 開環(huán)頻率特性與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)系  5.6 系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性  習(xí)題5第6章  控制系統(tǒng)的校正  6.1 系統(tǒng)校正的基本概念  6.2 串聯(lián)超前校正  6.3 串聯(lián)滯后校正  6.4 串聯(lián)超前—滯后校正  6.5 期望特性的校正  6.6 PID調(diào)節(jié)器  習(xí)題6第7章  采樣控制系統(tǒng)的分析  7.1 信號(hào)的采樣與復(fù)現(xiàn)  7.2 z變換與z反變換  7.3 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型  7.4 采樣系統(tǒng)性能分析  習(xí)題7第8章  控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與設(shè)計(jì)  8.1 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述  8.2 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解  8.3 線性定常系統(tǒng)的能控性和能觀性  8.4 線性定常系統(tǒng)的極點(diǎn)配置  8.5 狀態(tài)觀測(cè)器  8.6 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析  習(xí)題8第9章  非線性系統(tǒng)的分析  9.1 控制系統(tǒng)的非線性特性  9.2 相平面法  9.3 描述函數(shù)法  習(xí)題9第10章  MATLAB軟件在控制系統(tǒng)分析和綜合中的應(yīng)用  10.1 MATLAB簡(jiǎn)介  10.2 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述  10.3 MATLAB在時(shí)域分析中的應(yīng)用  10.4 MATLAB在根軌跡中的應(yīng)用  10.5 MATLAB在頻域分析中的應(yīng)用  10.6 MATLAB在現(xiàn)代控制理論中的應(yīng)用附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   9.1.2非線性系統(tǒng)的特性 描述非線性系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型采用的是非線性微分方程。這種非線性的微分方程不滿足系統(tǒng)的疊加原理，這種系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特征也與線性系統(tǒng)不同。非線性系統(tǒng)的主要運(yùn)動(dòng)特征有： 1.穩(wěn)定性 在線性系統(tǒng)中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，與外部作用和初始條件無(wú)關(guān)。而非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性除了與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)外，還與外部作用及初始條件有關(guān)。在非線性系統(tǒng)中，不存在整個(gè)系統(tǒng)是否穩(wěn)定的概念，必須針對(duì)系統(tǒng)某一具體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，才能討論系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。 非線性系統(tǒng)中可能存在多個(gè)平衡狀態(tài)，而部分的平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。由于非線性系統(tǒng)中初始條件的不同，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)趨于不同的平衡狀態(tài)，其運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性就可能表現(xiàn)出不同的特性。 2.疊加原理的不適用性 對(duì)于線性系統(tǒng)而言，其響應(yīng)曲線的形狀與輸入信號(hào)的大小及初始狀態(tài)無(wú)關(guān)，因此對(duì)于多個(gè)輸入的情況可以采用疊加原理。然而在非線性系統(tǒng)中，其響應(yīng)曲線的形狀與系統(tǒng)的輸入、系統(tǒng)的初始條件都有關(guān)系。在初始條件不同的情況下，即便是大小相同的輸入信號(hào)，也會(huì)得到完全不同形式的響應(yīng)曲線，其振蕩頻率、調(diào)節(jié)時(shí)間均不相同，而且甚至?xí)淖兤漤憫?yīng)的穩(wěn)定性和周期性。出現(xiàn)這些情況都是因?yàn)榉蔷€性系統(tǒng)不滿足疊加原理導(dǎo)致的。 3.自激振蕩 自激振蕩是指非線性系統(tǒng)，在沒有外界周期變換信號(hào)作用下產(chǎn)生的，具有固定振幅和頻率的穩(wěn)定周期運(yùn)動(dòng)。在線性系統(tǒng)中，只有在臨界穩(wěn)定的情況下才會(huì)產(chǎn)生等幅周期運(yùn)動(dòng)。但線性系統(tǒng)的這種周期運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是觀測(cè)不到的，因?yàn)橄到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)或者參數(shù)只要發(fā)生微小的變化或者漂移，這種臨界狀態(tài)就會(huì)被破壞。非線性系統(tǒng)的自激振蕩的振幅和頻率都是由系統(tǒng)自身的特點(diǎn)決定的。自激振蕩具有一定的穩(wěn)定性，當(dāng)受到某種干擾且滿足一定范圍限制的情況下，這種振蕩能夠恢復(fù)。 一般的實(shí)際系統(tǒng)中，人們都不希望系統(tǒng)有自激振蕩存在。因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的振蕩會(huì)造成機(jī)械磨損，并增加能耗帶來(lái)誤差。但有時(shí)候一些高頻的、小幅度的自激振蕩也會(huì)引入到系統(tǒng)中，以克服間隙、摩擦等因素造成的不利影響。 4.對(duì)正弦輸入信號(hào)的響應(yīng) 在線性控制系統(tǒng)中，當(dāng)輸入正弦信號(hào)時(shí)，其輸出為同頻率、不同幅值的正弦信號(hào)。而在非線性控制系統(tǒng)中，若輸入是正弦信號(hào)，其輸出就不一定是正弦信號(hào)了，可能會(huì)產(chǎn)生跳躍諧振和多值響應(yīng)，變成一個(gè)畸變的波形。所謂跳躍諧振就是指振幅隨頻率的改變出現(xiàn)突跳的現(xiàn)象，產(chǎn)生這種跳躍諧振的原因就是系統(tǒng)中存在多值特性。 5.非線性系統(tǒng)的畸變 線性系統(tǒng)在正弦信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)輸出，擁有與輸入信號(hào)同頻率的正弦信號(hào)。而非線性系統(tǒng)在正弦信號(hào)的作用下，其穩(wěn)態(tài)輸出則不是正弦信號(hào)，其中還包含了倍頻和分頻等各種諧波分量，使得輸出波形發(fā)生了非線性的畸變。

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