自動控制原理（線性部分）

前言

本書是一本針對非控制類專業(yè)‘自動控制原理’課程的簡明教材（32－48學(xué)時）。內(nèi)容僅包含經(jīng)典控制理論中的線性部分和與之相對應(yīng)的實驗?？紤]到計算機在自動控制理論中日益普及和廣泛應(yīng)用，書中開設(shè)了一個基于NATLAB的自動控制性能分析實驗，通過計算機對自動控制系統(tǒng)進行分析、設(shè)計與仿真，使學(xué)生對基本控制理論有更加深刻的認識和更加深入的理解，同時還能擺脫經(jīng)典控制理論中繁瑣復(fù)雜的計算和手工繪圖。既能使計算機應(yīng)用與經(jīng)典控制理論有機地結(jié)合。又能大大減輕學(xué)生的課程負擔，有利于將理論與實驗更完美地結(jié)合起來。本書從工程性、實用性的角度出發(fā)，考慮到學(xué)生的專業(yè)特點和需要以及相關(guān)課程設(shè)置情況，對‘自動控制原理“線性部分的基本概念、基本原理、基本分析方法盡量采用電類的例子加以闡述。全書各章節(jié)內(nèi)容力求簡單明了，通俗易懂，層層深入，環(huán)環(huán)相扣，使讀者在有限的時間內(nèi)最大限度地掌握自動控制原理的理論體系。對于書中采用的經(jīng)驗公式的推導(dǎo)和論證不作要求，只為在誤差允許范圍內(nèi)作近似計算。對推導(dǎo)和論證感興趣的讀者請參閱相關(guān)文獻資料。本書由李一兵主編，童國泰主審。參加編寫工作的有賈玉晶、張雅彬、葉方（排名不分先后）。本書共分理論與實驗兩大部分，第1章與實驗部分1－7由李一兵編寫，第2章與第6章由賈玉晶編寫，第3章與實驗部分8由葉方編寫，第4章與第5章由張雅彬編寫，張?zhí)m參加了部分工作。最后由李一兵統(tǒng)編全稿。本書在編寫過程中參考了很多國內(nèi)兄弟院校的優(yōu)秀教材和著作，從這些優(yōu)秀教材和著作中獲得很大的啟發(fā)和幫助，并吸收了部分經(jīng)典內(nèi)容。在此謹向收錄子參考文獻中的各位作者和同仁表示誠摯的謝意。由于水平有限，書中錯誤與不當之處.敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書是一本自動控制原理的簡明教材。書中內(nèi)容包括自動控制線性理論和實驗兩個部分。 　　理論部分只介紹經(jīng)典控制理論中的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻率特性法以及控制系統(tǒng)的校正和綜合；實驗部分包含了與理論部分內(nèi)容相對應(yīng)的典型環(huán)節(jié)與典型系統(tǒng)的模擬、二階系統(tǒng)響應(yīng)特性研究、控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、線性系統(tǒng)動態(tài)特征、穩(wěn)定誤差、系統(tǒng)品質(zhì)及校正裝置的應(yīng)用、控制系統(tǒng)頻率特性測試與研究等7個實驗，同時考慮到計算機在本學(xué)科應(yīng)用的日超普及，另外設(shè)計了一個基于MATLAB的自動控制系統(tǒng)性能分析實驗?！　”緯鳛楦叩仍盒！白詣涌刂圃怼闭n程的教材，適用于電子工程、通信工程、信息處理、光學(xué)工程、對抗技術(shù)等專業(yè)，也可供從事相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

理論篇　1 自動控制的基本概念　　1.1 概述　　1.2 開環(huán)控制和閉環(huán)控制　　1.3 反饋控制系統(tǒng)　　1.4 對控制系統(tǒng)的基本要求　　習題　2 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　　2.1 數(shù)學(xué)模型　　2.2 控制系統(tǒng)微分方程的建立　　2.3 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)　　2.4 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化　　2.5 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)　　2.6 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其等效變換　　2.7 信號流圖　　習題　3 時域分析法　　3.1 概述　　3.2 典型輸入信號　　3.3 一階系統(tǒng)的時域響應(yīng)　　3.4 二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)　　3.5 控制系統(tǒng)時域性能指標　　3.6 二階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)指標與參數(shù)的關(guān)系　　3.7 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)　　3.8 高階系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)　　3.9 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性　　3.10 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析與計算　　習題　4 根軌跡法　　4.1 根軌跡概念　　4.2 根軌跡方程　　4.3 繪制根軌跡的一般規(guī)則　　4.4 控制系統(tǒng)根軌跡分析　　4.5 參數(shù)根軌跡　　習題　5 頻率法　　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　　5.4 穩(wěn)定判據(jù)　　5.5 利用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能　　5.6 系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性和階躍響應(yīng)的關(guān)系　　習題　6 控制系統(tǒng)的校正　　6.1 系統(tǒng)校正概述　　6.2 串聯(lián)校正　　6.3 反饋校正　　6.4 復(fù)合校正　　習題實驗篇　實驗1 典型環(huán)節(jié)與典型系統(tǒng)的模擬　實驗2 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)特性研究　實驗3 自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗　實驗4 線性系統(tǒng)動態(tài)特性研究　實驗5 自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差實驗　實驗6 控制系統(tǒng)的品質(zhì)及校正裝置的應(yīng)用　實驗7 控制系統(tǒng)頻率特性的測試與研究　實驗8 基于MATLAB的自動控制系統(tǒng)性能分析附錄 常用拉氏變換表參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：一個處于靜止或平衡工作狀態(tài)的系統(tǒng)，當受到任何輸入（給定信號或干擾）作用后，就可能偏離原平衡狀態(tài)。當作用消失后，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出都能恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，稱為穩(wěn)定系統(tǒng)。若作用消失后，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出發(fā)生增幅振蕩或單調(diào)增長現(xiàn)象的系統(tǒng)，稱為不穩(wěn)定系統(tǒng)。顯然，要想使系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，而且必須有一定的穩(wěn)定裕量。穩(wěn)定性是對系統(tǒng)的最起碼要求，是系統(tǒng)能否正常工作的前提條件。系統(tǒng)穩(wěn)定性包含兩個方面的含義。一是系統(tǒng)穩(wěn)定，叫做絕對穩(wěn)定性。另一個含義是輸出響應(yīng)振蕩的強烈程度，稱為相對穩(wěn)定性。相對穩(wěn)定性差的系統(tǒng)，其輸出響應(yīng)雖然是收斂的，但振蕩衰減很慢。考慮到實際系統(tǒng)中各元件的參數(shù)和特性都會發(fā)生一定的變化，因此，系統(tǒng)不但必須是穩(wěn)定的，而且還應(yīng)有一定的穩(wěn)定裕度，以保證在元件性能略有變化時，系統(tǒng)仍能正常工作。系統(tǒng)穩(wěn)定性的優(yōu)劣，常以它的穩(wěn)定裕度的大小來衡量。穩(wěn)定性是穩(wěn)態(tài)指標，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式及元件參數(shù)有關(guān)，與外作用及干擾信號無關(guān)。2.動態(tài)特性穩(wěn)態(tài)的控制系統(tǒng)受到外加輸入信號（給定或擾動）作用后，系統(tǒng)最終會恢復(fù)穩(wěn)定或達到新的平衡狀態(tài)。但是，由于系統(tǒng)內(nèi)機械部件的質(zhì)量、慣性的存在、電路中存在儲能元件（如電容和電感）以及能源功率的限制，使得系統(tǒng)的狀態(tài)和輸出不能瞬時變化，而要經(jīng)歷一段時間，即要有一個過程，這一過程稱為動態(tài)過程或過渡過程。動態(tài)特性就是反映系統(tǒng)在動態(tài)過程中，系統(tǒng)跟蹤控制信號或抑制擾動的能力。動態(tài)特性好的系統(tǒng)，既要求過渡過程時間短，又要求過程平穩(wěn)，振蕩幅度小。3.穩(wěn)態(tài)特性系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束后，其輸出量的狀態(tài)值，一般用穩(wěn)態(tài)誤差來描述。穩(wěn)態(tài)誤差的大小反映了系統(tǒng)控制的精確程度。穩(wěn)態(tài)誤差值越小的系統(tǒng)，說明系統(tǒng)的控制精度越高，穩(wěn)態(tài)特性越好。值得注意的是，對于同一個系統(tǒng)，體現(xiàn)穩(wěn)定性、動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性的穩(wěn)（定）、快（速）、準（確）這三個要求是互相制約的。提高響應(yīng)的快速性，可能會引起系統(tǒng)的強烈振動；改善系統(tǒng)相對穩(wěn)定性。

編輯推薦

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