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自動控制原理
叢   書   名:高等學校“十二五”電氣自動化類規劃教材
作   譯   者:楊友良 出 版 日 期:2011-03-01
出   版   社:電子工業出版社 維   護   人:申凱旗 
書   代   號:G0129700 I S B N:9787121129704

圖書簡介:

本書是根據全國高等工科院校自動化類專業“自動控制原理”課程教學大綱的要求編寫的。全書介紹了經典控制理論的基本概念、基本原理和基本方法,著重加強對基本理論及其應用的闡述。全書共8章,前6章講述線性...
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    圖書詳情

    ISBN:9787121129704

    開 本:16開

    印 張:0.0

    版 次:01-01

    頁 數:388

    字 數:620

    內容簡介

    本書是根據全國高等工科院校自動化類專業“自動控制原理”課程教學大綱的要求編寫的。全書介紹了經典控制理論的基本概念、基本原理和基本方法,著重加強對基本理論及其應用的闡述。全書共8章,前6章講述線性連續系統的時域分析、根軌跡分析和頻域分析,以及系統的綜合校正;第7章介紹線性離散系統的基本理論、分析與綜合方法;第8章介紹非線性系統的相關理論,包括描述函數法和相平面法。大部分章節都包含了MATLAB輔助控制系統分析和設計的方法。每章均有小結、示例及習題,有助于對基本概念的理解與基本方法的運用。 讀者對象:本書可作為高等工科院校自動化、電氣工程與自動化、測控技術與儀器、電子信息工程、機械工程及自動化、計算機科學與技術等專業的本科教材或參考書,也可供自動化工程技術人員學習參考。 本教材有配套PPT課件及習題解答提供。 PPT可自行下載。習題解答請來信索取:chenwk@phei.com.cn 郵件中寫明所在學校,是否作為教材使用。謝謝!

    本書目錄

    第1章  自動控制系統概述 1
    1.1  引言 1
    1.2  自動控制系統的基本概念 1
    1.3  控制系統的基本結構形式 3
    1.3.1  開環控制系統 3
    1.3.2  閉環控制系統 4
    1.3.3  復合控制系統 7
    1.4  閉環控制系統的組成和基本環節 7
    1.5  自動控制系統分類 9
    1.5.1  按控制系統元件特性分類 9
    1.5.2  按控制系統信號形式分類 11
    1.5.3  按輸入量的變化形式分類 12
    1.6  對自動控制系統的基本要求 13
    1.6.1  穩定性 13
    1.6.2  準確性 14
    1.6.3  快速性 14
    小結 17
    習題 17
    第2章  自動控制系統的數學模型 19
    2.1  動態微分方程的建立 19
    2.1.1  系統微分方程的描述 19
    2.1.2  系統微分方程的建立 20
    2.2  非線性數學模型的線性化 24
    2.3  傳遞函數 26
    2.3.1  傳遞函數的定義 26
    2.3.2  典型環節的傳遞函數及暫態特性 29
    2.4  系統動態結構圖 37
    2.5  系統傳遞函數和結構圖的等效變換 41
    2.5.1  典型連接的等效傳遞函數 41
    2.5.2  相加點及分支點的變位運算 43
    2.5.3  系統開環傳遞函數 46
    2.5.4  系統閉環傳遞函數 49
    2.5.5  系統對給定作用和擾動作用的傳遞函數 51
    2.6  信號流圖 52
    2.6.1  信號流圖中的術語 53
    2.6.2  信號流圖的繪制 53
    2.6.3  信號流圖的性質 54
    2.6.4  信號流圖的基本簡化法則 54
    2.6.5  梅遜公式 55
    2.7  用MATLAB求解線性微分方程和化簡系統方框圖 58
    2.7.1  MATLAB中數學模型的表示 59
    2.7.2  用MATLAB求解線性微分方程 61
    2.7.3  MATLAB在系統方框圖化簡中的應用 63
    小結 65
    習題 66
    第3章  自動控制系統的時域分析法 71
    3.1  系統的典型輸入信號 71
    3.1.1  階躍信號(位置信號) 71
    3.1.2  斜坡信號(速度信號) 72
    3.1.3  拋物線信號(加速度信號) 72
    3.1.4  脈沖信號 73
    3.1.5  正弦信號 73
    3.2  一階系統的動態響應 74
    3.2.1  一階系統的數學模型 74
    3.2.2  一階系統的單位階躍響應 74
    3.3  二階系統的階躍響應 76
    3.3.1  二階系統的數學模型 76
    3.3.2  二階系統的階躍響應 77
    3.3.3  二階系統暫態特性指標 80
    3.3.4  二階工程最佳參數 84
    3.3.5  二階系統性能的改善 86
    3.4  高階系統的時域分析 88
    3.4.1  高階系統單位階躍響應特性 88
    3.4.2  高階系統的幾個重要概念 89
    3.5  控制系統的穩定性及代數穩定判據 93
    3.5.1  穩定性的基本概念 93
    3.5.2  線性定常系統穩定的充分必要條件 94
    3.5.3  勞斯(Routh)穩定性判據 94
    3.5.4  勞斯判據的應用 98
    3.6  控制系統的穩態特性——穩態誤差分析 100
    3.6.1  穩態誤差和控制系統類型 100
    3.6.2  穩態誤差系數和穩態誤差的計算 101
    3.6.3  動態誤差系數 104
    3.6.4  擾動穩態誤差 106
    3.6.5  減小穩態誤差的方法 108
    3.7  線性系統時域分析的MATLAB仿真方法 111
    小結 115
    習題 116
    第4章  根軌跡法 120
    4.1  根軌跡法的基本概念 120
    4.1.1  根軌跡的定義 120
    4.1.2  根軌跡的幅值和輻角條件 121
    4.2  根軌跡的繪制 122
    4.2.1  繪制根軌跡的基本法則 122
    4.2.2  常規180°根軌跡繪制舉例 131
    4.3  非典型形式系統根軌跡的繪制 135
    4.3.1  零度根軌跡 135
    4.3.2  廣義根軌跡 138
    4.4  基于根軌跡法的系統性能分析 139
    4.4.1  開環零、極點對根軌跡的影響 140
    4.4.2  在根軌跡上確定閉環特征根 141
    4.4.3  用根軌跡確定系統的性能 143
    4.4.4  用根軌跡確定系統的參數 145
    4.5  用MATLAB繪制根軌跡 148
    4.5.1  繪制根軌跡 148
    4.5.2  確定根軌跡上閉環極點相對應的根軌跡放大系數 150
    4.5.3  零度根軌跡的繪制 151
    小結 153
    習題 153
    第5章  自動控制系統的頻域分析法 157
    5.1  頻率特性 157
    5.1.1  頻率特性的基本概念 157
    5.1.2  頻率特性的性質 159
    5.2  幅相頻率特性 160
    5.2.1  幅相頻率特性的表示 160
    5.2.2  典型環節的幅相頻率特性 161
    5.2.3  開環系統的幅相頻率特性 165
    5.3  對數頻率特性 170
    5.3.1  對數頻率特性的表示 170
    5.3.2  基本環節的伯德圖 171
    5.3.3  開環控制系統的伯德圖 177
    5.3.4  最小相位系統 180
    5.3.5  傳遞函數的頻域實驗確定 181
    5.4  頻域中的穩定性判據 184
    5.4.1  輻角定理 184
    5.4.2  奈氏穩定性判據 185
    5.4.3  對數頻率穩定判據 188
    5.4.4  奈氏判據應用舉例 189
    5.4.5  系統的穩定裕量 193
    5.5  開環頻率特性分析 195
    5.5.1  基于伯德圖的系統穩態性能分析 195
    5.5.2  頻率特性的兩個基本關系 196
    5.5.3  低頻段和高頻段特性斜率的影響 198
    5.5.4  c(或開環放大系數K)對相位裕量的影響 199
    5.5.5  開環頻率特性與時域性能指標的關系 203
    5.6  閉環系統頻率特性 205
    5.6.1  閉環頻率特性與開環頻率特性的關系 205
    5.6.2  閉環系統頻率特性及其與暫態特性指標的關系 206
    5.6.3  閉環系統等M圖、等圖及尼氏圖 208
    5.6.4  非單位反饋系統的閉環頻率特性 212
    5.7  線性系統頻域分析的MATLAB方法 212
    小結 218
    習題 219
    第6章  控制系統的校正及綜合 222
    6.1  控制系統校正的一般概念 222
    6.1.1  校正的概念 222
    6.1.2  校正的基本方式 222
    6.2  串聯校正 224
    6.2.1  串聯超前校正 224
    6.2.2  串聯滯后校正 229
    6.2.3  串聯滯后-超前校正 234
    6.2.4  按期望特性的串聯校正 237
    6.3  PID控制器 242
    6.3.1  比例(P)控制器 242
    6.3.2  比例微分(PD)控制器 243
    6.3.3  積分(I)控制器 244
    6.3.4  比例積分(PI)控制器 245
    6.3.5  比例積分微分(PID)控制器 246
    6.4  反饋校正 246
    6.4.1  反饋的作用 246
    6.4.2  反饋校正裝置的設計 248
    6.5  復合校正 252
    6.5.1  按擾動補償的復合校正 252
    6.5.2  按輸入補償的復合校正 253
    小結 254
    習題 254
    第7章  線性離散系統的理論基礎 257
    7.1  線性離散控制系統概述 257
    7.2  采樣過程和采樣定理 262
    7.2.1  采樣過程及其數學描述 262
    7.2.2  采樣定理及采樣周期的選擇 267
    7.2.3  信號的保持及保持器 268
    7.3   Z變換法 271
    7.3.1  Z變換的定義 271
    7.3.2  Z變換的方法 272
    7.3.3  Z變換的基本定理 275
    7.3.4  Z反變換 280
    7.4  采樣控制系統的數學模型 284
    7.4.1  線性常系數差分方程及其解法 284
    7.4.2  脈沖傳遞函數 287
    7.5  離散控制系統的性能分析 297
    7.5.1  離散控制系統的穩定性分析 297
    7.5.2  離散控制系統的暫態特性分析 302
    7.5.3  離散控制系統的穩態誤差分析 306
    7.6  離散控制系統的設計 311
    7.6.1  最少拍系統設計 312
    7.6.2  數字PID算法 316
    7.7   MATLAB在離散控制系統中的應用 318
    7.7.1  應用于離散系統的MATLAB基本函數介紹 318
    7.7.2  連續系統的離散化 319
    7.7.3  求離散系統的時域響應 319
    7.7.4  離散系統的穩定性分析 320
    小結 321
    習題 322
    第8章  非線性系統分析 324
    8.1  非線性系統概述 324
    8.1.1  典型非線性特性 324
    8.1.2  非線性系統的特點 326
    8.2  描述函數法 327
    8.2.1  描述函數的基本概念 327
    8.2.2  典型非線性特性的描述函數 329
    8.2.3  描述函數法分析非線性系統 336
    8.3  相平面法 343
    8.3.1  相軌跡的特征 344
    8.3.2  相軌跡的繪制 351
    8.3.3  非線性系統的相平面分析 354
    8.3.4  利用MATLAB分析非線性控制系統 361
    小結 368
    習題 370
    附錄A  常用時間函數的拉氏變換及Z變換對照表 374
    參考文獻 376
    展開

    前     言

    前 言
    自動控制原理又稱為經典控制理論,是研究自動控制系統共同規律的技術科學。它主要研究單輸入-單輸出線性定常系統的建模、分析與設計問題。主要內容包括:線性系統的數學模型、時域分析、根軌跡分析、頻域分析、控制系統的設計與校正,線性離散控制系統的分析與設計,以及典型非線性系統的分析。 自動控制原理是自動化及相關專業的專業基礎課。隨著我國工業化、信息化的迅猛發展和日益融合,自動化技術在國民經濟各行業得到了廣泛應用,并成為開發新工藝、新設備、新材料、新能源,推動傳統產業轉型提升的關鍵技術。自動化技術與新型工業的深度融合,拓展了自動化專業的發展空間,也促使自動控制理論成為高等學校眾多學科的專業基礎。 河北聯合大學(原河北理工大學)電氣工程學院“自動控制原理”課程組一直承擔著全校各相關專業的“自動控制原理”課的教學與實驗工作,并完成了數十項相關科研課題。2008年“自動控制原理”課被評為河北省精品課程。本書是該課程組全體教師共同編寫的,是各位參編教師數十年教學和科研工作經驗的結晶。 本書是高等工科院校相關專業的本、專科教材,授課學時為50~90學時,也可供相關專業的研究生或從事自動化技術工作的人員參考。 本書具有以下特點。 (1)本書緊密結合教學大綱的要求,以理論為基礎,重視工程應用,強化經驗總結。 (2)豐富典型例題,突出工程應用,結合現代計算機輔助分析與設計手段(MATLAB)編寫。 (3)每章均附適量的示例、習題,并配有相應的解題過程,與各章內容緊密結合。 (4)為方便教師使用本教材,配有PPT課件、習題解答及試題庫,免費贈送,可登錄www.zhisoo.com下載。 本書第1章、第4章由楊友良編寫,第6章、第8章由馬翠紅編寫,第3章、第5章由田晴編寫,第2章由屈濱編寫,第7章由張瑞成編寫。全書由楊友良統稿。 在本書的編寫過程中,參考了許多優秀教材和著作。在此向收錄于參考文獻中的各位作者表示真誠的謝意。 由于時間倉促,加之編者水平有限,書中不當之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。
    編 者 2011年1月
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