自動控制原理

內容概要

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

書籍目錄

第1章  自動控制系統(tǒng)概述  1.1 開環(huán)控制與閉環(huán)控制  1.2 自動控制系統(tǒng)的分類  1.3 對自動控制系統(tǒng)的基本性能要求  習題1第2章  控制系統(tǒng)的數(shù)學模型  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 動態(tài)結構圖  習題2第3章  時域分析法  3.1 典型輸入信號和時域性能指標  3.2 一階系統(tǒng)的時域分析  3.3 二階系統(tǒng)的時域分析  3.4 高階系統(tǒng)的時域分析  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)動態(tài)性能的關系  5.6 系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性  習題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調節(jié)器  習題6第7章  采樣控制系統(tǒng)的分析  7.1 信號的采樣與復現(xiàn)  7.2 z變換與z反變換  7.3 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學模型  7.4 采樣系統(tǒng)性能分析  習題7第8章  控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與設計  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)的極點配置  8.5 狀態(tài)觀測器  8.6 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析  習題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  習題9第10章  MATLAB軟件在控制系統(tǒng)分析和綜合中的應用  10.1 MATLAB簡介  10.2 控制系統(tǒng)的數(shù)學描述  10.3 MATLAB在時域分析中的應用  10.4 MATLAB在根軌跡中的應用  10.5 MATLAB在頻域分析中的應用  10.6 MATLAB在現(xiàn)代控制理論中的應用附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   9.1.2非線性系統(tǒng)的特性 描述非線性系統(tǒng)運動狀態(tài)的數(shù)學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)的運動特征也與線性系統(tǒng)不同。非線性系統(tǒng)的主要運動特征有： 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)的結構和參數(shù)有關，與外部作用和初始條件無關。而非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性除了與系統(tǒng)的結構和參數(shù)有關外，還與外部作用及初始條件有關。在非線性系統(tǒng)中，不存在整個系統(tǒng)是否穩(wěn)定的概念，必須針對系統(tǒng)某一具體的運動狀態(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，可能導致系統(tǒng)的運動趨于不同的平衡狀態(tài)，其運動的穩(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 對于線性系統(tǒng)而言，其響應曲線的形狀與輸入信號的大小及初始狀態(tài)無關，因此對于多個輸入的情況可以采用疊加原理。然而在非線性系統(tǒng)中，其響應曲線的形狀與系統(tǒng)的輸入、系統(tǒng)的初始條件都有關系。在初始條件不同的情況下，即便是大小相同的輸入信號，也會得到完全不同形式的響應曲線，其振蕩頻率、調節(jié)時間均不相同，而且甚至會改變其響應的穩(wěn)定性和周期性。出現(xiàn)這些情況都是因為非線性系統(tǒng)不滿足疊加原理導致的。 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作用下產生的，具有固定振幅和頻率的穩(wěn)定周期運動。在線性系統(tǒng)中，只有在臨界穩(wěn)定的情況下才會產生等幅周期運動。但線性系統(tǒng)的這種周期運動實際上是觀測不到的，因為系統(tǒng)的結構或者參數(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)自身的特點決定的。自激振蕩具有一定的穩(wěn)定性，當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。 一般的實際系統(tǒng)中，人們都不希望系統(tǒng)有自激振蕩存在。因為長時間的振蕩會造成機械磨損，并增加能耗帶來誤差。但有時候一些高頻的、小幅度的自激振蕩也會引入到系統(tǒng)中，以克服間隙、摩擦等因素造成的不利影響。 4.對正弦輸入信號的響應 在線性控制系統(tǒng)中，當輸入正弦信號時，其輸出為同頻率、不同幅值的正弦信號。而在非線性控制系統(tǒng)中，若輸入是正弦信號，其輸出就不一定是正弦信號了，可能會產生跳躍諧振和多值響應，變成一個畸變的波形。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)在正弦信號作用下的穩(wěn)態(tài)輸出，擁有與輸入信號同頻率的正弦信號。而非線性系統(tǒng)在正弦信號的作用下，其穩(wěn)態(tài)輸出則不是正弦信號，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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