自动控制原理

作者简介

《自动控制原理(第2版)》是按照普通高等教育工程应用型本科教育系列教材的要求编写的，比较全面地阐述了自动控制的基本理论及应用。全书共分8章，主要内容包括控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频率特性法、控制系统的综合校正、非线性控制系统和采样控制系统分析等内容。书中结合MATLAB软件在自动控制系统分析、设计中的应用，在各章都有MATLAB相关知识的介绍和仿真举例。

《自动控制原理(第2版)》强调基本理论及其工程应用。全书力求突出重点，强调物理概念，尽量简化繁琐的数学推导，叙述深入浅出，通俗易懂，各章都有较多的例题和习题。

《自动控制原理(第2版)》可作为应用型本科自动化、电气工程及其自动化、机电一体化及其相关专业的教材，也可作为各类职业技术学院、专科学校和成人高校的相关专业教材。

书籍目录

第2版前言第1章 绪论11.1 自动控制理论及其发展简述11.2 自动控制的基本概念21.2.1 自动控制的基本原理21.2.2 自动控制系统的组成31.3 自动控制系统的分类41.3.1 按控制系统的结构分类41.3.2 按系统输入信号的变化规律分类51.3.3 按系统传输信号的特性分类61.3.4 按系统传输信号的时间性质分类71.4 对自动控制系统性能的基本要求7小结8习题9第2章 控制系统的数学模型102.1 微分方程102.1.1 微分方程的建立102.1.2 非线性微分方程的线性化112.1.3 线性定常微分方程的求解132.2 传递函数142.2.1 传递函数的基本概念142.2.2 典型环节及其传递函数152.2.3 传递函数的求取192.3 结构图202.3.1 结构图的基本概念202.3.2 结构图的等效变换及化简242.3.3 闭环控制系统的传递函数282.4 信号流图312.4.1 信号流图的符号及术语312.4.2 信号流图的等效变换规则322.4.3 信号流图与结构图的关系322.4.4 梅逊公式及其应用332.5 MATLAB中数学模型的表示342.5.1 传递函数模型的MATLAB表示352.5.2 结构图模型的MATLAB表示36小结37习题38第3章 时域分析法423.1 典型输入信号和时域性能指标423.1.1 典型输入信号423.1.2 时域性能指标443.2 控制系统的稳定性分析453.2.1 稳定的概念453.2.2 线性定常系统稳定的充分必要条件453.2.3 劳斯稳定判据463.2.4 胡尔维茨稳定判据503.3 控制系统的暂态性能分析513.3.1 一阶系统分析513.3.2 二阶系统分析523.3.3 高阶系统分析593.4 控制系统的稳态性能分析603.4.1 误差及稳态误差的定义603.4.2 给定输入信号作用下的稳态误差613.4.3 扰动信号作用下的稳态误差633.4.4 转速负反馈调速系统分析643.5 MATLAB用于时域响应分析663.5.1 用MATLAB分析系统的稳定性663.5.2 用MATLAB分析系统的暂态性能67小结70习题70第4章 根轨迹分析法754.1 根轨迹的基本概念754.1.1 根轨迹754.1.2 根轨迹方程764.2 绘制根轨迹的方法774.2.1 绘制根轨迹的基本规则774.2.2 根轨迹绘制举例844.3 参量根轨迹864.4 零度根轨迹884.5 用根轨迹分析系统性能894.5.1 由根轨迹增益Kr确定闭环极点894.5.2 由系统的性能指标确定闭环极点和Kr904.5.3 增加开环零、极点对系统性能的影响914.6 MATLAB用于根轨迹分析954.6.1 根轨迹绘制954.6.2 根轨迹分析97小结97习题98第5章 频率特性法1015.1 频率特性的基本概念1015.1.1 频率响应1015.1.2 频率特性的定义1025.1.3 频率特性的表示1035.2 极坐标图（奈氏图）1055.2.1 典型环节的奈氏图1055.2.2 控制系统开环奈氏图1075.3 伯德图1095.3.1 典型环节的伯德图1105.3.2 控制系统开环伯德图1135.3.3 由伯德图确定传递函数1155.4 奈奎斯特稳定判据1175.4.1 辐角定理1175.4.2 奈奎斯特稳定判据1185.4.3 伯德图上的奈奎斯特稳定判据1225.5 控制系统的相对稳定性1255.5.1 相位裕量1255.5.2 幅值裕量1255.6 系统频率特性与时域性能的关系1275.6.1 开环频率特性与时域性能的关系1275.6.2 闭环频率特性与时域性能的关系1295.7 MATLAB用于频域分析1315.7.1 用MATLAB命令绘制频率特性曲线1315.7.2 用MATLAB命令分析系统的相对稳定性133小结134习题135第6章 控制系统的综合校正1396.1 系统校正基础1396.2 串联超前校正1416.2.1 超前校正装置及特性1416.2.2 串联超前校正设计1426.3 串联滞后校正1456.3.1 滞后校正装置及特性1456.3.2 串联滞后校正设计1476.4 串联滞后超前校正1506.4.1 滞后超前校正装置及特性1506.4.2 串联滞后超前校正设计1526.5 PID控制器1546.5.1 比例控制作用1556.5.2 积分控制作用1556.5.3 比例积分控制作用1566.5.4 比例微分控制作用1566.5.5 比例积分微分控制作用1576.6 串联校正的期望特性法1586.6.1 期望特性法1586.6.2 典型期望对数幅频特性1596.6.3 期望特性法设计举例1606.7 局部反馈校正1626.7.1 局部反馈校正的基本原理1626.7.2 局部反馈校正设计1636.8 复合校正1666.8.1 按输入补偿的复合校正1666.8.2 按扰动补偿的复合校正1676.9 基于MATLAB和Simulink的系统综合校正设计1686.9.1 串联超前校正设计1686.9.2 串联滞后校正设计1696.9.3 Simulink在系统校正中的应用170小结172习题173第7章 非线性控制系统1767.1 非线性系统概述1767.1.1 非线性系统的特征1767.1.2 非线性系统的分析与设计方法1777.1.3 常见的非线性特性及其对系统运动的影响1777.2 描述函数法1807.2.1 描述函数的基本概念1807.2.2 典型非线性特性的描述函数1817.2.3 非线性系统的简化1847.2.4 用描述函数法分析非线性系统的稳定性1867.3 相平面法1897.3.1 相平面的基本概念1897.3.2 绘制相轨迹的方法1897.3.3 奇点和极限环1927.3.4 由相平面求时间解1957.3.5 非线性系统的相平面法分析1957.4 非线性特性的利用1987.5 基于Simulink的非线性系统分析200小结201习题201第8章 采样控制系统分析2058.1 采样控制系统的基本概念2058.1.1 采样控制系统的基本结构2058.1.2 采样过程与采样定理2068.1.3 采样信号的复现2078.2 采样控制系统的数学基础2098.2.1 z变换的定义2098.2.2 求z变换的方法2098.2.3 z变换的基本定理2128.2.4 z反变换2138.2.5 差分方程及其求解2148.3 脉冲传递函数2178.3.1 脉冲传递函数的定义2178.3.2 开环系统的脉冲传递函数2188.3.3 闭环系统的脉冲传递函数2208.4 采样控制系统的动态性能分析2238.4.1 采样系统的动态响应分析2238.4.2 闭环极点的位置与动态特性的关系2248.5 采样控制系统的稳定性分析2278.5.1 z平面内的稳定条件2278.5.2 劳斯稳定判据2298.6 采样控制系统的稳态误差分析2308.7 MATLAB用于采样控制系统分析2318.7.1 数学模型处理2318.7.2 动态响应分析2328.7.3 Simulink仿真分析2358.7.4 稳定性判定235小结236习题237附录240参考文献243

编辑推荐

《自动控制原理(第2版)》是普通高等教育电气工程与自动化(应用型)“十二五”规划教材。

章节摘录

版权页：插图：第1章 绪论1.1 自动控制理论及其发展简述自动控制技术是一种运用自动控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，通过自动控制系统对各类机器、各种物理参量、工业生产过程等实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术。随着工业生产和科学技术的发展，自动控制已广泛应用于国民经济的各个领域及社会生活的各个方面，无论是从瓦特的蒸汽机，还是阿波罗登月、海湾战争，无处不显示着自动控制技术的威力。自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，涉及受控对象、环境特征、控制目标和控制手段以及它们之间的相互作用，主要研究自动控制系统中变量的运动规律和改变这种运动规律的可能性和途径，为建造高性能的自动控制系统提供必要的理论手段。古代就有具有“自动”功能的控制装置，即称为“水钟”的计时器。1765年，瓦特在他发明的蒸汽机上设计的离心调速器，被公认是首例最成功应用反馈调节器的自动控制装置。英国的麦克斯韦对它的稳定性进行分析，于1868年发表的论文被公认为是自动控制理论的开端。根据自动控制技术的发展阶段，自动控制理论一般可分为古典控制理论和现代控制理论。古典控制理论也就是自动控制原理，它是从20世纪20年代到20世纪40年代形成的以时域法、频率法和根轨迹法为主要内容的一门独立学科，以传递函数为基础，研究单输入.单输出一类定常控制系统的分析与设计问题。20世纪60年代，在蓬勃兴起的航空航天技术的推动和飞速发展的计算机技术的支持下，现代控制理论在古典控制理论的基础上迅速发展起来。它以状态空间法为基础，研究多输入一多输出、时变参数、高精度复杂系统的控制问题，并形成了如最优控制、最佳滤波、系统辨识和自适应控制等学科分支。古典控制理论和现代控制理论主要是针对线性系统的线性理论。20世纪70年代末，由于被控对象、环境、控制任务的复杂性，控制理论在非线性系统理论、离散事件系统理论、大系统理论、复杂系统理论和智能控制理论等方面均有不同程度的发展。尤其是从“仿人”概念出发的智能控制，在实际应用方面得到了很快的发展，它主要包括模糊控制、神经元网络控制和专家系统控制等。需要指出的是，控制理论的应用和发展是与计算机技术的应用和发展紧密联系的，离开了计算机强大、高速的计算能力，就不可能实现生产的现代自动化。另外，使控制理论实用化的一个重要途径就是数学模拟（仿真）和计算机辅助设计（CAD）。

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