自動控制原理

第1章 自動控制的基本概念
1.1 引言
1.2 自動控制的基本知識
1.2.1 自動控制問題的提出
1.2.2 自動控制的定義及基本職能元件
1.2.3 自動控制中的一些術(shù)語及方框圖
1.3 自動控制系統(tǒng)的基本控制方式
1.3.1 開環(huán)控制
1.3.2 閉環(huán)控制
1.3.3 開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較
1.4 自動控制系統(tǒng)的分類及基本組成
1.4.1 按給定信號的特征分類
1.4.2 按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分類
1.4.3 按信號傳遞的連續(xù)性分類
1.4.4 按系統(tǒng)的輸入與輸出信號的數(shù)量分類
1.4.5 自動控制系統(tǒng)的基本組成
1.5 對控制系統(tǒng)的要求和分析設(shè)計
1.5.1 對系統(tǒng)的要求
1.5.2 控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計
1.6 自動控制理論的發(fā)展概況
1.6.1 早期的自動控制工作
1.6.2 經(jīng)典控制理論
1.6.3 現(xiàn)代控制理論
1.7 例題精解
學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)
習(xí)題
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.1 引言
2.1.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)
2.1.2 數(shù)學(xué)模型的類型
2.1.3 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建模原則
2.2 系統(tǒng)微分方程的建立
2.2.1 列寫微分方程式的一般步驟
2.2.2 機(jī)械系統(tǒng)舉例
2.2.3 電路系統(tǒng)舉例
2.2.4 實(shí)際物理系統(tǒng)線性微分方程的一般特征
2.2.5 電樞控制直流電動機(jī)
2.2.6 復(fù)雜系統(tǒng)微分方程的列寫
2.3 非線性數(shù)學(xué)模型線性化
2.3.1 小偏差線性化的概念
2.3.2 線性化的意義及常用方法
2.3.3 系統(tǒng)線性化的條件及步驟
2.3.4 關(guān)于線性化的幾點(diǎn)說明
2.4 線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.4.1 線性常系數(shù)微分方程的求解
2.4.2 傳遞函數(shù)的定義和實(shí)際意義
2.4.3 傳遞函數(shù)的性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)
2.5 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)
2.6 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖
2.6.1 結(jié)構(gòu)圖的定義及基本組成
2.6.2 結(jié)構(gòu)圖的繪制步驟
2.6.3 結(jié)構(gòu)圖的基本連接形式
2.6.4 結(jié)構(gòu)圖的等效變換
2.6.5 結(jié)構(gòu)圖的簡化
2.7 信號流圖及梅遜公式
2.7.1 信號流圖的基本概念
2.7.2 信號流圖的繪制方法
2.7.3 梅遜增益公式
2.8 例題精解
學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)
習(xí)題
第3章 時域分析法
3.1 典型輸入信號和時域性能指標(biāo)
3.1.1 典型輸入信號
3.1.2 階躍響應(yīng)性能指標(biāo)
3.2 一階系統(tǒng)時域分析
3.2.1 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.3 典型二階系統(tǒng)時域分析
3.3.1 典型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.3.2 欠阻尼二階系統(tǒng)暫態(tài)性能指標(biāo)估算
3.3.3 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.3.4 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.3.5 二階系統(tǒng)性能的改善
3.4 高階系統(tǒng)分析
3.4.1 高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.4.2 閉環(huán)零、極點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響
3.4.3 閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)
3.5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.5.1 穩(wěn)定性的概念及線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
3.5.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
3.5.3 兩種特殊情況
3.5.4 勞斯穩(wěn)定判據(jù)在系統(tǒng)分析中的應(yīng)用
3.6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義及一般計算公式
3.6.2 控制系統(tǒng)的類型
3.6.3 給定信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.6.4 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.7 例題精解
學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)
習(xí)題
第4章 根軌跡法
4.1 根軌跡
4.1.1 根軌跡的基本概念
4.1.2 根軌跡與系統(tǒng)性能
4.1.3 根軌跡方程
4.2 繪制根軌跡的基本法則
4.2.1 繪制根軌跡的基本法則
4.2.2 閉環(huán)極點(diǎn)的確定
4.3 廣義根軌跡
4.3.1 零度根軌跡
4.3.2 參變量根軌跡
4.3.3 增加開環(huán)零極點(diǎn)對根軌跡的影響
4.4 例題精解
學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)
習(xí)題
第5章 線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法
5.1 頻率特性
5.1.1 基本概念
5.1.2 頻率特性的定義
5.1.3 頻率特性的幾何表示法
5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
5.3 控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性
5.3.1 開環(huán)極坐標(biāo)圖
5.3.2 開環(huán)伯德圖
5.3.3 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.4.1 輔助函數(shù)
5.4.2 幅角原理
5.4.3 奈氏判據(jù)
5.4.4 伯德圖上的穩(wěn)定性判據(jù)
5.5 開環(huán)頻域指標(biāo)
5.5.1 穩(wěn)定裕度
5.5.2 開環(huán)頻域指標(biāo)與時域性能指標(biāo)的關(guān)系
5.6 閉環(huán)頻率特性
5.6.1 閉環(huán)頻率特性
5.6.2 閉環(huán)頻域指標(biāo)與時域性能指標(biāo)的關(guān)系
5.6.3 閉環(huán)頻域指標(biāo)與開環(huán)頻域指標(biāo)的關(guān)系
5.7 例題精解
學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)
習(xí)題
第6章 控制系統(tǒng)的校正
6.1 校正的基本概念
6.1.1 校正的定義
6.1.2 校正方式
6.1.3 設(shè)計方法
6.2 典型校正裝置
6.2.1 典型無源超前校正網(wǎng)絡(luò)
6.2.2 典型無源滯后校正網(wǎng)絡(luò)
6.2.3 典型無源滯后一超前校正網(wǎng)絡(luò)
6.2.4 調(diào)節(jié)器
6.3 頻率法串聯(lián)校正
6.3.1 串聯(lián)超前校正
6.3.2 串聯(lián)滯后校正
6.3.3 串聯(lián)無源滯后一超前校正
6.3.4 串聯(lián)綜合法
6.3.5 PID調(diào)節(jié)器
6.4 頻率法反饋校正
6.5 控制系統(tǒng)的復(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
6.6 例題精解
學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)
習(xí)題
第7章 非線性系統(tǒng)
7.1 典型非線性特性
7.1.1 典型非線性特性的種類
7.1.2 非線性系統(tǒng)的若干特征
7.1.3 非線性系統(tǒng)的分析方法
7.2 描述函數(shù)法
7.2.1 描述函數(shù)的定義
7.2.2 描述函數(shù)的求法
7.2.3 組合非線性特性的描述函數(shù)
7.2.4 用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)
7.3 相平面法
7.3.1 相平面法的基本概念
7.3.2 相平面圖的繪制
7.3.3 線性系統(tǒng)的相平面圖
7.3.4 奇點(diǎn)和奇線
7.3.5 非線性系統(tǒng)的相平面法分析
7.4 例題精解
學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)
習(xí)題
第8章 離散控制系統(tǒng)
8.1 引言
8.1.1 離散系統(tǒng)的基本概念
8.1.2 離散系統(tǒng)的定義及常用術(shù)語
8.1.3 離散系統(tǒng)的特點(diǎn)
8.2 采樣過程和采樣定理
8.2.1 采樣過程的數(shù)學(xué)描述
8.2.2 采樣信號頻譜分析
8.2.3 采樣定理
8.3 信號恢復(fù)
8.3.1 信號保持的基本原理
8.3.2 零階保持器
8.4 Z變換
8.4.1 Z變換的定義
8.4.2 Z變換的求法
8.4.3 Z變換的性質(zhì)
8.4.4 Z反變換
8.5 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
8.5.1 差分方程
8.5.2 脈沖傳遞函數(shù)
8.5.3 離散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與脈沖傳遞函數(shù)
8.5.4 兩種數(shù)學(xué)模型之間的相互轉(zhuǎn)換
8.6 離散系統(tǒng)的時域分析
8.6.1 s平面與Z平面的映射關(guān)系
8.6.2 離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析
8.6.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
8.6.4 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7 離散系統(tǒng)的數(shù)字校正
8.7.1 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)
8.7.2 最少拍系統(tǒng)及其設(shè)計
8.8 例題精解
學(xué)習(xí)指導(dǎo)與小結(jié)
習(xí)題
第9章 控制系統(tǒng)的MATLAB仿真
與模擬實(shí)驗(yàn)
9.1 MATLAB簡介
9.1.1 MATLAB的安裝
9.1.2 MATLAB工作界面
9.1.3 MATLAB命令窗口
9.2 MAILAB基本操作命令
9.2.1 簡單矩陣的輸入
9.2.2 復(fù)數(shù)矩陣輸入
9.2.3 MATLAB語句和變量
9.2.4 語句以“％”開始和以分號“；”結(jié)束的特殊效用
9.2.5 工作空間信息的獲取、退出和保存
9.2.6 常數(shù)與算術(shù)運(yùn)算符
9.2.7 MATLAB圖形窗口
9.2.8 MATIAB編程指南
9.3 MATLAB在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
9.3.1 用MATLAB建立傳遞函數(shù)模型
9.3.2 用MATLAB求系統(tǒng)的零點(diǎn)、極點(diǎn)及特征多項(xiàng)式
9.3.3 用MATLAB繪制二維圖形
9.3.4 用MATLAB分析控制系統(tǒng)性能
9.4 simulink方法建模與仿真
9.5 自動控制理論模擬實(shí)驗(yàn)與Simulink仿真
實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)與階躍響應(yīng)測試
實(shí)驗(yàn)二 系統(tǒng)頻率特性測量
實(shí)驗(yàn)三 連續(xù)系統(tǒng)的頻率法串聯(lián)校正
附錄1 拉普拉斯（Laplace）變換
附錄2 MATLAB常用命令
參考文獻(xiàn)