自動控制理論

前言

編寫高等教育自學(xué)考試教材是高等教育自學(xué)考試工作的一項(xiàng)基本建設(shè)。經(jīng)教育部同意，我們擬有計劃、有步驟地組織編寫一些高等教育自學(xué)考試教材，以滿足社會自學(xué)和適應(yīng)考試的需要。《自動控制理論》是為高等教育自學(xué)考試電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)（獨(dú)立本科）組編的一套教材中的一種。這本教材根據(jù)專業(yè)考試計劃，從造就和選拔人才的需要出發(fā)，按照教育部頒布的《自動控制理論（獨(dú)立本科）課程自學(xué)考試大綱（含考核知識點(diǎn)和考核要求）》的要求，結(jié)合自學(xué)考試的特點(diǎn)，組織高等院校一些專家、學(xué)者集體編寫而成的。電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)（獨(dú)立本科）《自動控制理論》自學(xué)考試教材，是供個人自學(xué)、社會助學(xué)和國家考試使用的。現(xiàn)經(jīng)組織專家審定同意，予以出版發(fā)行。我們相信，隨著高教自學(xué)考試教材的陸續(xù)出版，必將對我國高等教育事業(yè)的發(fā)展，保證自學(xué)考試的質(zhì)量起到積極的促進(jìn)作用。編寫高等教育自學(xué)考試教材是一種新的嘗試，希望得到社會各方面的關(guān)懷和支持，使它在使用中不斷提高和日臻完善。

內(nèi)容概要

《自動控制理論》是全國高等教育自學(xué)考試電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)獨(dú)立本科教材。內(nèi)容以經(jīng)典控制理論為主，全面地介紹了自動控制的基本原理，同時也介紹了現(xiàn)代控制理論的狀態(tài)空間法，為讀者進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)代控制理論打下一定的基礎(chǔ)?！蹲詣涌刂评碚摗分饕獌?nèi)容包括：自動控制的基本概念、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時域分析法、頻域分析法、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、根軌跡法、控制系統(tǒng)的設(shè)計和校正、狀態(tài)空間法的基本原理和應(yīng)用。
《自動控制理論》是高等教育自學(xué)考試電力類專業(yè)的教材，也可作為高等學(xué)校函授教育相應(yīng)專業(yè)的參考教材，并可供從事電力系統(tǒng)自動化工作的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

出版前言編者的話第一章 概論第一節(jié) 自動控制和自動控制系統(tǒng)的基本概念第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)和常規(guī)控制器的組成第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類第四節(jié) 對自動控制系統(tǒng)的性能要求本章小結(jié)習(xí)題第二章 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第一節(jié) 微分方程、拉氏變換和傳遞函數(shù)第二節(jié) 典型環(huán)節(jié)的動態(tài)特性和傳遞函數(shù)第三節(jié) 電氣環(huán)節(jié)的負(fù)載效應(yīng)及其傳遞函數(shù)第四節(jié) 發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)及其傳遞函數(shù)第五節(jié) 系統(tǒng)方框圖的等效轉(zhuǎn)換和信號流圖及MaSon公式第六節(jié) 常規(guī)控制器(P、PI、PD、PID)的基本控制規(guī)律、動態(tài)特性和實(shí)現(xiàn)方法本章小結(jié)習(xí)題第三章 時域分析法第一節(jié) 典型輸入信號和時域性能指標(biāo)第二節(jié) 一階系統(tǒng)的時域分析第三節(jié) 二階系統(tǒng)的時域分析第四節(jié) 高階系統(tǒng)的時域分析第五節(jié) 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析及誤差系數(shù)本章小結(jié)習(xí)題第四章 頻域分析法第一節(jié) 頻率特性的基本概念第二節(jié) 頻率特性的極坐標(biāo)圖第三節(jié) 頻率特性的對數(shù)坐標(biāo)圖第四節(jié) 閉環(huán)系統(tǒng)的幅相頻率特性本章小結(jié)習(xí)題第五章 穩(wěn)定性分析第一節(jié) 穩(wěn)定性的基本概念第二節(jié) 時域分析中的勞斯和赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)第三節(jié) 頻域分析中的奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)第四節(jié) 用頻域法分析系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性本章小結(jié)習(xí)題第六章 根軌跡法第一節(jié) 根軌跡的基本概念第二節(jié) 繪制根軌跡圖的基本條件第三節(jié) 繪制根軌跡圖的規(guī)則和方法第四節(jié) 控制系統(tǒng)的根軌跡分析本章小結(jié)習(xí)題第七章 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計和校正第一節(jié) 概述第二節(jié) 采用頻率特性法設(shè)計串聯(lián)校正裝置第三節(jié) 采用根軌跡法設(shè)計串聯(lián)校正裝置第四節(jié) 局部反饋校正及其系統(tǒng)設(shè)計本章小結(jié)習(xí)題第八章 狀態(tài)空間分析法第一節(jié) 概述第二節(jié) 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述第三節(jié) 單輸入／單輸出系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的標(biāo)準(zhǔn)形第四節(jié) 控制系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的求解第五節(jié) 線性控制系統(tǒng)的可控性和可觀測性本章小結(jié)習(xí)題參考文獻(xiàn)附：自動控制理論(獨(dú)立本科)課程自學(xué)考試大綱

章節(jié)摘錄

插圖：在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程中，自動控制技術(shù)起著十分重要的作用。在各種工業(yè)部門，例如電力、石油、化工、冶金、機(jī)械、輕工、電子、汽車、航空、航天等部門都廣泛采用自動控制技術(shù)。隨著自動控制理論和實(shí)踐的不斷發(fā)展和完善，在經(jīng)濟(jì)、管理、生物、社會學(xué)、生態(tài)等各種非工程領(lǐng)域，自動控制理論和技術(shù)也廣泛被應(yīng)用。應(yīng)用自動控制理論和技術(shù)，還能使人類把以前認(rèn)為做不到的事情變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，例如人造衛(wèi)星、宇宙飛船、人類登上月球、導(dǎo)彈制導(dǎo)、人工智能、無人駕駛等高精尖技術(shù)的發(fā)展都離不開自動控制技術(shù)。因此，自動控制技術(shù)已成為最有發(fā)展前途的科學(xué)技術(shù)之一。自動控制理論和技術(shù)的不斷發(fā)展給人們提供了獲得動態(tài)系統(tǒng)最佳性能的方法，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高勞動生產(chǎn)率。同時它還把人們從繁重的體力勞動和重復(fù)的手工操作中解放出來。因此大多數(shù)工程技術(shù)人員和科技工作者，都有必要具備一定的自動控制理論和實(shí)踐的知識。第一節(jié) 自動控制和自動控嗣系統(tǒng)的基本概念什么叫自動控制？自動控制就是應(yīng)用控制裝置自動的、有目的地控制或調(diào)節(jié)機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程，使之按照人們規(guī)定的或者是希望的性能指標(biāo)運(yùn)行。不同的機(jī)器設(shè)備和生產(chǎn)過程，有不同的要求的性能指標(biāo)。例如，要使發(fā)電機(jī)正常供電，就必須保持其輸出電壓恒定，盡量不受負(fù)荷變化和原動機(jī)轉(zhuǎn)速波動的影響；要求電動機(jī)正常工作，就必須保持電動機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，盡量不受電源電壓波動的影響；要求宇宙飛船正常航行，就必須一直保持它的姿態(tài)正確，要保持它的太陽能電池一直朝向太陽，要保持飛船內(nèi)的溫度和氣壓不變等等。現(xiàn)以電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制的一個實(shí)例，來介紹自動控制理論中常用的術(shù)語。直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。圖中，電位器電壓為輸入信號，電位器動點(diǎn)的位置一定，電動機(jī)轉(zhuǎn)速就有一定值，故電位器電壓的變化又稱為參考輸入或給定值輸入。測速發(fā)電機(jī)是電動機(jī)轉(zhuǎn)速的測量元件，又稱之為變送元件（變送器）。圖1-1中，代表電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化的測速發(fā)電機(jī)電壓送至輸入端與電位器電壓進(jìn)行比較，兩者的差值（又稱偏差信號）控制功率放大器（控制器），控制器的輸出控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就形成了電動機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)。

后記

本大綱是根據(jù)全國高等教育自學(xué)考試指導(dǎo)委員會電子電工與信息類專業(yè)委員會制定的“高等教育自學(xué)考試電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)本科考試計劃”和全國高等教育自學(xué)考試指導(dǎo)委員會《關(guān)于修訂高等教育自學(xué)考試課程自學(xué)考試大綱的幾點(diǎn)意見》的精神制定的。本大綱提出初稿后，曾聘請專家通審，并由電子電工與信息類專業(yè)委員會在上海市組織召開審稿會進(jìn)行審稿，根據(jù)審稿會意見由編者作了修改。最后由電子電工與信息類專業(yè)委員會定稿。本大綱由翁思義教授（上海電力學(xué)院）負(fù)責(zé)編寫和修改。參加審稿并提出修改意見的有田作華教授（上海交通大學(xué)，主審）、王月娟教授（同濟(jì)大學(xué)，參審），畢勝春副教授（上海電力學(xué)院，參審）。對參加本大綱編寫和審稿的教授表示感謝。

編輯推薦

《自動控制理論》是由中國電力出版社出版的。

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