自動控制原理

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，自動化學(xué)科的發(fā)展也很快，在短短的幾十年中，已經(jīng)從經(jīng)典自動化理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論。自動控制的新學(xué)科也不斷涌現(xiàn)，如智能控制、網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等。而且自動化理論已經(jīng)深入到很多領(lǐng)域，如航空航天、機(jī)器人、量子控制、現(xiàn)代物流控制等。在一定程度上，自動化理論的應(yīng)用情況代表了它們的發(fā)展水平。作為現(xiàn)代制造業(yè)標(biāo)志的數(shù)控機(jī)床是它的典型代表，正是由于自動化理論和制造業(yè)的高度結(jié)合，才形成了各種高檔的、功能強(qiáng)大的數(shù)控機(jī)床和加工中心。本書側(cè)重于應(yīng)用，主要為理工科大學(xué)生服務(wù)，也可作為相關(guān)研究人員、工程技術(shù)人員的自學(xué)教材。本書的特點是以應(yīng)用為主，內(nèi)容深入淺出，通過大量的應(yīng)用實例解釋一些深奧的問題，使學(xué)生在具體學(xué)習(xí)過程中，易于理解，能比較輕松地掌握自動控制原理的相關(guān)知識。同時在本書中，還專門設(shè)立了一章，介紹了自動化理論怎樣在具體的工程實踐中得以應(yīng)用，通過這一章的具體例子來加深前面所學(xué)的知識。教師在具體授課過程中，可根據(jù)具體的課時數(shù)和要求，調(diào)整相應(yīng)的內(nèi)容。書中打“*”的內(nèi)容，教師可根據(jù)具體情況來選擇學(xué)習(xí)。本書共設(shè)8章。第1章主要講述自動控制的一般概念，包含了自動控制的概念、分類方法、組成和發(fā)展前景；第2章主要講述自動控制所涉及的基礎(chǔ)知識，如數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號流圖、Mason公式；第3章主要涉及自動控制的時域分析法，其中包含了一、二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)式，它們在典型信號作用下的響應(yīng)、系統(tǒng)的性能指標(biāo)、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其判據(jù)；第4章講述自動控制的根軌跡法，主要內(nèi)容有根軌跡的概念、根軌跡方程、根軌跡的繪制法則、廣義根軌跡和零度根軌跡；第5章為頻域分析法，主要講述頻域的概念、頻域的表達(dá)方式、系統(tǒng)在頻域的穩(wěn)定性判據(jù)和穩(wěn)定域度；第6章為串聯(lián)校正，主要內(nèi)容為無源網(wǎng)絡(luò)和有源網(wǎng)絡(luò)的特性、串聯(lián)校正、復(fù)合校正等；第7章為離散采樣系統(tǒng)，包括離散系統(tǒng)基本概念、差分方程、Z變換與Z傳遞函數(shù)，以及離散系統(tǒng)穩(wěn)定性等；第8章為自動控制在具體工業(yè)應(yīng)用的一些典型實例。

內(nèi)容概要

　　《自動控制原理》共設(shè)8章。第1、2兩章講述自動控制原理的基礎(chǔ)知識，第3-5章介紹經(jīng)典自動控制原理三種主要的分析方法——時域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法，第6章講述串聯(lián)校正，第7章為離散系統(tǒng)的一些基本知識，第8章主要通過一些具體的應(yīng)用實例來說明自動控制原理的應(yīng)用?！蹲詣涌刂圃怼方Y(jié)合國內(nèi)外同類教材，以我國學(xué)生的現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，通過大量經(jīng)過精選的例子來說明自動控制的一些基本原理，使學(xué)生能輕松地理解和掌握自動控制的相關(guān)知識，并能靈活運用；同時結(jié)合著名軟件MATLAB，舉例說明了該軟件在自動控制中的具體應(yīng)用?！　　蹲詣涌刂圃怼穫?cè)重于工程應(yīng)用，內(nèi)容由淺入深，對于不同層次的學(xué)生可靈活挑選其中的內(nèi)容學(xué)習(xí)?！蹲詣涌刂圃怼愤m用對象主要是理工科大學(xué)生及企業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員。

書籍目錄

第1章 自動控制系統(tǒng)的一般概念1.1 引言1.2 自動控制發(fā)展歷程1.3 自動控制的實例1.4 自動控制系統(tǒng)的基本組成及要求1.4.1 自動控制系統(tǒng)的基本組成1.4.2 自動控制系統(tǒng)的基本要求1.5 自動控制系統(tǒng)的分類1.5.1 按控制方式分類1.5.2 按控制系統(tǒng)性能分類1.5.3 控制系統(tǒng)其他的分類方法1.6 自動控制的發(fā)展前景1.6.1 自動控制理論的發(fā)展1.6.2 數(shù)控制造業(yè)的發(fā)展1.6.3 電網(wǎng)調(diào)度的自動化技術(shù)1.7 本課程的任務(wù)附錄：自動控制的相關(guān)術(shù)語習(xí)題第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1 引言2.2 運動對象的微分方程2.3 線性微分方程的求解2.3.1 線性微分方程的特性2.3.2 非線性微分方程的線性化2.4 控制系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型2.5 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2.5.1 結(jié)構(gòu)圖的基本組成2.5.2 結(jié)構(gòu)圖的繪制2.5.3 結(jié)構(gòu)圖的基本連接方式2.5.4 結(jié)構(gòu)圖的簡化2.6 信號流圖和梅遜公式2.6.1 信號流圖的基本術(shù)語和性質(zhì)2.6.2 信號流圖的繪制2.6.3 梅遜增益公式2.7 數(shù)學(xué)模型的實驗測定附錄：拉普拉斯變換與反變換習(xí)題第3章 線性系統(tǒng)的時域分析法3.1 引言3.2 線性控制系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)及典型輸入3.2.1 絕對穩(wěn)定性、相對穩(wěn)定性3.2.2 典型輸入信號3.2.3 系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)3.3 一階系統(tǒng)的時域響應(yīng)3.3.1 單位階躍響應(yīng)3.3.2 單位脈沖響應(yīng)3.3.3 單位斜坡響應(yīng)3.3.4 一階系統(tǒng)的單位加速度響應(yīng)3.4 二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)3.4.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3.4.2 二階系統(tǒng)的特性3.4.3 欠阻尼二階系統(tǒng)的響應(yīng)3.4.4 臨界阻尼二階系統(tǒng)的響應(yīng)3.4.5 過阻尼二階系統(tǒng)的響應(yīng)3.4.6 二階系統(tǒng)的性能改善3.4.7 非零初始條件的二階系統(tǒng)響應(yīng)3.5 高階系統(tǒng)的時域響應(yīng)3.6 線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性3.6.1 穩(wěn)定性的基本概念3.6.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)3.6.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)特殊情況3.7 線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算3.7.1 系統(tǒng)類型3.7.2 不同類型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差3.7.3 帶擾動作用線性系統(tǒng)的性能分析習(xí)題第4章 自動控制系統(tǒng)的根軌跡法4.1 根軌跡概念4.2 根軌跡增益及根軌跡方程4.2.1 根軌跡增益4.2.2 根軌跡方程4.3 根軌跡繪制的基本法則4.4 使用MATLAB繪制根軌跡4.4.1 求系統(tǒng)根軌跡的函數(shù)rlocus()4.4.2 求系統(tǒng)根軌跡的函數(shù)rlocfind()4.4.3 零極點分布圖函數(shù)pzmap()4.4.4 根軌跡設(shè)計工具4.5 根軌跡與系統(tǒng)性能的關(guān)系4.5.1 根軌跡與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系4.5.2 利用根軌跡設(shè)計控制系統(tǒng)4.6 廣義根軌跡4.6.1 參數(shù)根軌跡4.6.2 零度根軌跡習(xí)題第5章 自動控制系統(tǒng)的頻域分析法5.1 引言5.2 頻率特性的表示方法5.2.1 幅相頻率特性曲線圖5.2.2 對數(shù)頻率特性圖5.2.3 其他頻率表示方法5.3 開環(huán)典型環(huán)節(jié)頻率特性繪制5.3.1 典型最小相位環(huán)節(jié)的幅頻曲線5.3.2 典型非最小相位環(huán)節(jié)的幅頻曲線5.4 一般系統(tǒng)頻率特性的繪制5.5 特定系統(tǒng)頻率特性的表示方法5.5.1 v型開環(huán)傳遞函數(shù)的幅相曲線繪制5.5.2 v型開環(huán)傳遞函數(shù)的對數(shù)頻率特性曲線的繪制5.5.3 帶二階零阻尼系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)幅相曲線的繪制5.5.4 帶二階零阻尼系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)對數(shù)頻率特性曲線的繪制5.5.5 帶延遲環(huán)節(jié)系統(tǒng)幅相曲線的繪制5.6 頻率特性的重要性質(zhì)5.7 頻域系統(tǒng)的穩(wěn)定性5.7.1 基本概念及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)5.7.2 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)5.7.3 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)應(yīng)用舉例5.7.4 對數(shù)頻率特性的穩(wěn)定性判據(jù)5.8 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度5.8.1 幅值裕度5.8.2 相角裕度5.8.3 穩(wěn)定裕度舉例5.8.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性小結(jié)5.9 使用MATLAB繪制系統(tǒng)的頻率特性5.9.1 控制系統(tǒng)的幅相特性的繪制5.9.2 控制系統(tǒng)的對數(shù)頻率特性的繪制5.9.3 控制系統(tǒng)的Nichols曲線的繪制5.9.4 控制系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的計算和判斷5.9.5 帶延遲環(huán)節(jié)系統(tǒng)的分析5.10 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)5.10.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)的帶寬5.10.2 閉環(huán)系統(tǒng)的帶寬對系統(tǒng)性能的影響5.10.3 閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)之間的關(guān)系5.10.4 閑環(huán)二階系統(tǒng)頻域指標(biāo)和時域指標(biāo)之間的關(guān)系5.10.5 Nichols圖線的應(yīng)用5.11 頻域系統(tǒng)的設(shè)計舉例5.11.1 給定目標(biāo)性能，設(shè)計系統(tǒng)傳遞函數(shù)5.11.2 遠(yuǎn)程遙控偵察車5.11.3 雕刻機(jī)控制系統(tǒng)附錄：傅氏變換習(xí)題第6章 自動控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正6.1 引言6.2 常用校正裝置6.2.1 無源校正網(wǎng)絡(luò)6.2.2 有源校正裝置6.2.3 PID控制器6.3 系統(tǒng)的串聯(lián)校正6.3.1 頻率響應(yīng)法校正方法6.3.2 串聯(lián)超前校正6.3.3 串聯(lián)滯后校正6.3.4 串聯(lián)滯后一超前校正6.3.5 串聯(lián)校正的預(yù)期頻率特性綜合法6.4 反饋校正6.4.1 反饋校正的原理6.4.2 反饋校正的特點6.4.3 反饋校正的綜合6.4.4 測速一超前網(wǎng)絡(luò)反饋校正6.5 復(fù)合校正6.5.1 按擾動補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正6.5.2 按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合校正6.5.3 串聯(lián)綜合法校正6.5.4 串聯(lián)工程綜合設(shè)計法習(xí)題第7章 離散采樣系統(tǒng)7.1 概述7.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及特點7.2.1 計算機(jī)反饋控制系統(tǒng)7.2.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成7.2.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點7.3 信號轉(zhuǎn)換7.3.1 A／D轉(zhuǎn)換7.3.2 采樣信號7.3.3 采樣定理7.3.4 采樣周期T的選取7.3.5 信號恢復(fù)與保持器7.4 Z變換7.4.1 采樣信號拉氏變換7.4.2 Z變換的定義7.5 Z變換的性質(zhì)和定理7.6 Z變換的求法7.6.1 級數(shù)求和法7.6.2 基于Z變換定理求法7.6.3 部分分式展開法7.6.4 留數(shù)計算法7.7 Z反變換7.7.1 冪級數(shù)展開法7.7.2 部分分式展開法7.7.3 反演積分法7.8 Z傳遞函數(shù)7.8.1 Z傳遞函數(shù)的定義7.8.2 Z傳遞函數(shù)與單位脈沖響應(yīng)序列的關(guān)系7.9 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析7.9.1 離散系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念7.9.2 離散系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)7.10 線性離散系統(tǒng)的響應(yīng)分析習(xí)題第8章 自動控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用8.1 典型控制單元8.1.1 彈簧8.1.2 電位差計和變阻器8.1.3 伺服電機(jī)8.2 典型控制器8.2.1 液壓控制器8.2.2 電氣控制器8.2.3 鏈?zhǔn)娇刂?.2.4 比例控制8.3 工業(yè)應(yīng)用實例8.3.1 蒸汽發(fā)生器8.3.2 水處理系統(tǒng)8.3.3 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)8.3.4 無人駕駛飛機(jī)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第3章 線性系統(tǒng)的時域分析法3.1 引言當(dāng)建立了線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型后，就可以著手對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，以獲取控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。至今為止，有以幾種分析系統(tǒng)性能的方法，如時域分析法、頻域分析法和根軌跡法。這些分析方法各有其特點和適用范圍，本章討論時域分析法。所謂時域分析法就是在時域范圍內(nèi)，分析系統(tǒng)在某些信號作用下的呼應(yīng)，從其輸出響應(yīng)中獲得系統(tǒng)的相關(guān)性能指標(biāo)。該方法具有簡單、直觀的優(yōu)點，采用該方法可獲得系統(tǒng)時間響應(yīng)的全部信息。

編輯推薦

《自動控制原理》：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，自動化學(xué)科的發(fā)展也很快，在短短的幾十年中，已經(jīng)從經(jīng)典自動化理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論。自動控制的新學(xué)科也不斷涌現(xiàn)，而且自動化理論已經(jīng)深入到很多領(lǐng)域。在一定程度上，自動化理論的應(yīng)用情況代表了它們的發(fā)展水平。因此，增加自動控制專業(yè)方面的人才顯得尤為重要?！蹲詣涌刂圃怼穫?cè)重于應(yīng)用，通過大量的應(yīng)用實例解釋一些深奧的問題，使學(xué)生在具體學(xué)習(xí)過程中，能比較輕松地掌握自動控制原理的相關(guān)知識。同時在《自動控制原理》中，還專門設(shè)立了一章，介紹了自動化理論怎樣在具體的工程實踐中得以應(yīng)用，通過這一章的具體例子來加深前面所學(xué)的知識。

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