本書比較全面地闡述了自動控制的基本理論及應用。主要內(nèi)容有線性系統(tǒng)的數(shù)學模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法、控制系統(tǒng)校正方法、離散控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)的分析方法，以及PID控制器設計，并且每章都有關(guān)于MATLAB與Simulink在控制系統(tǒng)分析與設計中的應用。
本書從實際應用出發(fā)，力求突出物理概念，緊密結(jié)合具體的自動控制系統(tǒng)介紹經(jīng)典控制理論的最基本內(nèi)容。內(nèi)容敘述深入淺出、通俗易懂。
黃江平，華東交通大學電氣工程學院副教授，江西省自動化學會理事。主要承擔自動控制理論、過程控制及計算機控制系統(tǒng)教學工作，主持或參加省級教改課題5項。
第1章 自動控制的一般概念
1.1 自動控制與自動控制系統(tǒng)
1.2 自動控制的方式
1.2.1 開環(huán)控制與閉環(huán)控制
1.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成
1.3 自動控制系統(tǒng)的分類
1.4 對自動控制系統(tǒng)的基本要求
1.5 自動控制系統(tǒng)的分析與設計工具
本章小結(jié)
習題
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1 引言
2.2 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型
2.2.1 線性元件的微分方程
2.2.2 控制系統(tǒng)的微分方程的建立 第1章 自動控制的一般概念
1.1 自動控制與自動控制系統(tǒng)
1.2 自動控制的方式
1.2.1 開環(huán)控制與閉環(huán)控制
1.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成
1.3 自動控制系統(tǒng)的分類
1.4 對自動控制系統(tǒng)的基本要求
1.5 自動控制系統(tǒng)的分析與設計工具
本章小結(jié)
習題
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1 引言
2.2 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型
2.2.1 線性元件的微分方程
2.2.2 控制系統(tǒng)的微分方程的建立
2.2.3 線性微分方程的求解
2.2.4 非線性元件微分方程的線性化
2.3 控制系統(tǒng)的復數(shù)域數(shù)學模型
2.3.1 傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)
2.3.2 傳遞函數(shù)的幾種表示形式
2.3.3 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)
2.4 控制系統(tǒng)的方塊圖及其等效變換
2.4.1 方塊圖定義
2.4.2 方塊圖組成及繪制
2.4.3 方塊圖的等效變換
2.4.4 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.5 控制系統(tǒng)的信號流圖
2.5.1 信號流圖及其等效變換
2.5.2 梅森公式及其應用
2.6 數(shù)學模型的實驗測定法
2.7 MATLAB在控制系統(tǒng)數(shù)學模型中的應用
本章小結(jié)
習題
第3章 線性系統(tǒng)的時域分析法
3.1 典型輸入信號及性能指標
3.1.1 典型輸入信號
3.1.2 穩(wěn)態(tài)指標與動態(tài)指標
3.2 一階系統(tǒng)的時域分析
3.2.1 一階系統(tǒng)的單位階躍響應
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應
3.2.4 一階系統(tǒng)的單位加速度響應
3.3 二階系統(tǒng)的時域分析
3.3.1 二階系統(tǒng)的階躍響應
3.3.2 二階系統(tǒng)階躍響應的性能指標
3.3.3 二階系統(tǒng)性能指標的改善
3.4 高階系統(tǒng)的時域分析
3.5 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.5.1 穩(wěn)定的基本概念和系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
3.5.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
3.5.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應用
3.6 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義
3.6.2 系統(tǒng)類型
3.6.3 給定作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.4 擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.5 減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施
3.7 MATLAB在時域分析法中的應用
本章小結(jié)
習題
第4章 線性系統(tǒng)的根軌跡分析法
4.1 根軌跡的基本概念
4.1.1 根軌跡
4.1.2 根軌跡的幅值條件和相角條件
4.2 根軌跡的繪制法則
4.2.1 繪制常規(guī)根軌跡一般法則
4.2.2 根軌跡繪制舉例
4.3 廣義根軌跡
4.3.1 參量根軌跡
4.3.2 零度根軌跡
4.4 開環(huán)零極點變化對根軌跡的影響
4.4.1 開環(huán)零極點位置的相對變化對根軌跡的影響
4.4.2 增加開環(huán)零點對根軌跡的影響
4.4.3 增加開環(huán)極點對根軌跡的影響
4.5 根軌跡法分析控制系統(tǒng)
4.5.1 根軌跡確定系統(tǒng)的閉環(huán)極點
4.5.2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及相關(guān)參數(shù)的確定
4.5.3 根軌跡分析系統(tǒng)的動態(tài)性能
4.6 MATLAB在根軌跡分析中的應用
4.6.1 系統(tǒng)根軌跡繪制
4.6.2 由根軌跡圖分析系統(tǒng)性能
本章小結(jié)
習題
第5章 線性系統(tǒng)的頻域分析法
5.1 頻率特性及其表示法
5.1.1 頻率特性的基本概念
5.1.2 頻率特性的幾種表示法
5.2 頻率特性的極坐標圖(Nyquist圖
5.2.1 典型環(huán)節(jié)頻率特性的極坐標圖
5.2.2 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的極坐標圖
5.3 頻率特性的對數(shù)坐標圖
5.3.1 典型環(huán)節(jié)頻率特性的Bode圖
5.3.2 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的Bode圖
5.3.3 最小相位系統(tǒng)
5.3.4 傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒灤_定
5.4 頻率域的穩(wěn)定判據(jù)
5.4.1 幅角原理
5.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.4.3 對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)
5.5 穩(wěn)定裕度
5.5.1 穩(wěn)定裕度的定義
5.5.2 穩(wěn)定裕度的計算
5.6 利用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能
5.7 利用閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能
5.7.1 閉環(huán)頻率特性
5.7.2 閉環(huán)頻域指標與時域指標的關(guān)系
5.7.3 開環(huán)頻域指標與時域指標的關(guān)系
5.8 MATLAB在頻率分析法中的應用
本章小結(jié)
習題
第6章 控制系統(tǒng)的校正
6.1 引言
6.2 PID控制方法的分析
6.2.1 P控制器
6.2.2 PI控制器
6.2.3 PD控制器
6.2.4 PID控制器
6.2.5 PID控制器參數(shù)整定
6.3 常用校正裝置及其特性
6.3.1 超前校正裝置及其特性
6.3.2 滯后校正裝置及其特性
6.3.3 滯后-超前校正裝置及其特性
6.4 基于頻率法的串聯(lián)校正設計
6.4.1 串聯(lián)超前校正
6.4.2 串聯(lián)滯后校正
6.4.3 串聯(lián)超前-滯后校正
6.4.4 按期望特性對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正
6.5 反饋校正
6.5.1 利用反饋校正改變局部環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)
6.5.2 利用負反饋可以消除系統(tǒng)不可變部分中的不希望有的特性
6.5.3 利用反饋校正抑制一些嚴重擾動
6.6 MATLAB在控制系統(tǒng)校正中的應用
6.6.1 MATLAB指令在系統(tǒng)校正中的應用
6.6.2 Simulink在系統(tǒng)校正中的應用
本章小結(jié)
習題
第7章 線性離散控制系統(tǒng)
7.1 引言
7.2 采樣與保持
7.2.1 采樣過程
7.2.2 理想采樣過程
7.2.3 保持器
7.3 z變換
7.3.1 時間函數(shù)的z變換
7.3.2 z變換的性質(zhì)
7.3.3 z反變換
7.4 脈沖傳遞函數(shù)
7.4.1 脈沖傳遞函數(shù)的推導與計算
7.4.2 開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)
7.4.3 閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)
7.5 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
7.5.1 s平面與z平面之間的映射
7.5.2 z平面上的穩(wěn)定性分析方法
7.5.3 雙線變換性
7.5.4 w平面上的穩(wěn)定性分析方法
7.6 離散控制系統(tǒng)的時間響應
7.6.1 閉環(huán)極點與沖激響應的關(guān)系
7.6.2 離散系統(tǒng)的動態(tài)響應指標
7.6.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
7.7 離散控制系統(tǒng)的校正
7.7.1 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)
7.7.2 最少拍系統(tǒng)設計
7.7.3 數(shù)字校正裝置的實現(xiàn)
7.8 利用MATLAB進行離散控制系統(tǒng)分析
7.8.1 數(shù)學模型的處理
7.8.2 離散系統(tǒng)的輸出響應
7.8.3 用Simulink對離散系統(tǒng)進行仿真
本章小結(jié)
習題
第8章 非線性系統(tǒng)分析
8.1 非線性系統(tǒng)的概述
8.1.1 典型的非線性特性
8.1.2 非線性系統(tǒng)的特點
8.2 描述函數(shù)分析法
8.2.1 描述函數(shù)的基本概念
8.2.2 典型非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)
8.2.3 非線性系統(tǒng)的簡化
8.2.4 基于描述函數(shù)法的非線性系統(tǒng)的分析
8.3 基于MATLAB/Simulink的非線性系統(tǒng)分析
本章小結(jié)
習題
附錄A 習題參考答案
參考文獻
自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學理論。隨著我國經(jīng)濟建設和高技術(shù)的快速發(fā)展，各個行業(yè)對自動化應用型人才的需求量越來越大，為控制工程的持續(xù)發(fā)展提供了廣闊的空間。自動控制原理是高等工科院校自動化類專業(yè)、電子信息類專業(yè)以及電氣工程類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。
本書是作者在進行多年“自動控制原理”課程教學的基礎(chǔ)上，突出理論聯(lián)系實際，學以致用為目的而編寫的。本書全面地介紹了經(jīng)典控制理論，共8章。第1章介紹自動控制的基本概念；第 2 章介紹線性連續(xù)控制系統(tǒng)時域和復數(shù)域數(shù)學模型及其結(jié)構(gòu)圖和信號流圖；第3～5章分別介紹線性連續(xù)控制系統(tǒng)的時域分析法、根軌跡分析法、頻率分析法；第6章詳細闡述線性連續(xù)控制系統(tǒng)的頻域設計法以及PID控制器設計；第7章重點介紹離散控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、穩(wěn)定性分析及最小拍控制器設計；第8章主要介紹一種非線性連續(xù)系統(tǒng)分析方法—描述函數(shù)法。
本書在編寫過程中，根據(jù)應用型本科院校的特點，適當降低了理論深度，內(nèi)容編寫力求深入淺出、循序漸進，注重物理概念的闡述，盡量避免煩瑣的數(shù)學推導，緊密結(jié)合具體的自動控制系統(tǒng)介紹經(jīng)典控制理論的最基本的內(nèi)容，使抽象的控制理論與系統(tǒng)分析、設計相結(jié)合，理論和實際相結(jié)合，為學生后續(xù)專業(yè)課程學習奠定基礎(chǔ)。
本書在控制系統(tǒng)的分析與設計中，合理地利用MATLAB軟件輔助課程教學。在每章最后一節(jié)介紹對應知識點的MATLAB仿真指令，以加深學生對自動控制理論的理解和掌握，并有助于學生以后的控制系統(tǒng)工程實踐。
本書的參考學時為72～80學時，各高校可根據(jù)專業(yè)需要和課時情況，自行組合加以取舍。對于48學時的課程，可講授第1、2、3、5、7章，其內(nèi)容為經(jīng)典控制理論中系統(tǒng)模型、時域分析法、頻率分析法和離散控制系統(tǒng)。對于56學時的課程，可講授第1、2、3、5、6、7章，其內(nèi)容為經(jīng)典控制理論中系統(tǒng)模型、時域分析法、頻率分析法、系統(tǒng)校正和離散控制系統(tǒng)。
本書由黃江平主編，并負責全書的統(tǒng)編定稿。第1、6、8章由黃江平編寫，第7章由占自才編寫，第2、3章由楊靜編寫，第4章由龔錦紅編寫，第5章由祝振敏編寫。本書在編寫過程中，參閱了國內(nèi)外專家、學者的教材、著作，在此一并致謝。
由于編者水平有限，書中難免存在不妥之處和錯誤，懇請讀者批評指正(hjping65@163.com)。
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