自动控制理论 第2版

本书依据高等院校本科自动控制理论课程的教学要求，从注重理论基础与基本概念，拓宽专业面的目的出发，结合自动化专业及其他相近专业的知识结构和教学特点，比较全面地阐述了经典控制理论的基本内容。全书共分八章，包括经典控制理论的线性定常系统理论（自动控制理论的基本概念与数学模型，时域分析法，根轨迹法和频率响应法等），非线性控制理论基础和采样控制系统理论等。教材编写力求从自动控制的基本原理和概念出发，突出重点，淡化繁冗的理论推导，注重理论与实际的结合。为了便于读者自学和更好的掌握本课程的基本理论和学习方法，锻炼和培养分析、综合以及解决实际问题的能力，各章均备有例题和习题。在主要章节中安排了基于MATLAB软件的系统分析和设计实例，以适应计算机辅助教学的要求。每章末给出小结，供读者学习、归纳之用。

目录序前言章自动控制理论的一般概念1节自动控制发展简史与主要任务1第二节自动控制的基本方式3第三节典型控制系统举例7第四节对于自动控制系统的要求12小结13习题14第二章控制系统的数学模型16节建立数学模型的一般方法16第二节非线性微分方程的线性化22第三节用拉普拉斯变换求解线性微分方程24第四节传递函数29第五节典型环节的传递函数31第六节动态结构图及等效变换35第七节信号流图及梅逊公式42第八节控制系统的传递函数46第九节线性系统的状态空间描述49第十节网络化控制系统的延迟与建模54第十一节基于MATLAB的拉普拉斯变换及系统模型转换实现56小结60典型例题解析60习题63第三章时域分析法69节典型输入信号与时域性能指标69第二节一阶系统分析72第三节二阶系统分析76第四节高阶系统分析87第五节稳定性与劳斯判据89第六节稳态误差分析97第七节基于MATLAB的控制系统时域分析107小结111典型例题解析111习题116第四章根轨迹法121节根轨迹与根轨迹方程121第二节绘制根轨迹的基本法则123第三节系统闭环零、极点分布与阶跃响应的关系136第四节系统阶跃响应的根轨迹分析140第五节开环极点和零点的变化对系统性能的影响146第六节特殊根轨迹150第七节基于MATLAB的控制系统根轨迹分析159小结166典型例题解析167习题170第五章频率法174节频率特性的概念174第二节典型环节的频率特性179第三节开环系统对数频率特性图的绘制189第四节控制系统的频域稳定判据194第五节稳定裕量204第六节开环频率特性与闭环系统性能的关系208第七节闭环频率特性212第八节传递函数的实验确定法219第九节基于MATLAB的控制系统频域分析222小结231典型例题解析232习题237第六章控制系统的校正242节引言242第二节基于频率法的串联校正243第三节基于根轨迹法的串联校正259第四节PID校正267第五节反馈校正274第六节复合校正283第七节基于MATLAB的控制系统校正285小结295典型例题解析295习题297第七章非线性系统的分析300节非线性特性对系统的影响300第二节描述函数的基本概念306第三节典型非线性环节的描述函数307第四节用描述函数法研究非线性系统311第五节相平面的基本概念317第六节线性控制系统的相平面分析320第七节非线性系统的相平面分析327第八节利用Simulink求解非线性系统的时域响应332小结333典型例题解析334习题337第八章采样控制系统的分析与设计342节采样过程和采样定理343第二节信号复现与信号保持器347第三节z变换和z反变换350第四节脉冲传递函数361第五节采样系统的分析371第六节少拍采样系统的校正382第七节基于MATLAB的采样控制系统分析386小结390典型例题解析391习题393习题参考答案397参考文献414

前言自动控制理论作为一门科学，自它诞生之日起就显示出了强大的生命力。在人类社会进步和生产技术发展的各个阶段，自动控制理论都发挥着重要的作用。同时，科学技术日新月异的发展，为自动控制理论的广泛应用提供了更加完备和有效的技术手段，使自动控制理论不断展现出新的活力和生机。在国家实施以信息化带动工业化，走新型工业化道路的战略,实现制造业数字化、网络化、智能化的过程中，以自动控制理论为理论指导的自动化技术无疑将起着重要的桥梁和纽带作用。 本书介绍的经典控制理论是整个自动控制理论的基础，也是进一步学习和研究其他控制理论的“先行课程”。本书共分八章，章深入浅出地介绍了自动控制理论的发展简史和自动控制系统的一般概念。第二章介绍了自动控制系统的一般表示方法和数学模型。第三章至第五章分别详细介绍了经典控制理论中的三种常用的分析方法即时域分析法、根轨迹法和频率法，并对各种分析方法的基本概念、基本原理及其应用都做了较为全面的阐述。第六章介绍了控制系统的校正。第七章论述了非线性控制系统理论基础，分别主要介绍了描述函数分析法和相平面分析法。第八章介绍了采样控制系统的基本理论和分析、设计方法。完成本书的教学内容应安排60～80课内学时，教师可根据不同情况在教学过程中对其讲授的内容进行调整。 编者从事自动控制理论课程的教学工作多年，在不断总结心得经验、充实内容、提高水平的基础上，于2006年编写出版了本书并已印刷多次。为了适应我国高等教育改革发展的要求和社会、经济发展对人才的不同需求，我们从扩大读者知识面，适时更新教学内容，拓宽专业口径和注重培养学生解决复杂工程问题能力的目标出发，在保持特色的基础上对原书进行了修订。新版教材中强调对基本概念的建立与理解，注重理论与实际结合，尽量简化繁冗的理论推导，在内容组织和编排上适当增加了来自于工程实际的案例和例题，力求做到深入浅出，融会贯通，帮助读者能够更好掌握本书的主要内容和相关课程的知识点，培养科学思维方法和创新能力，具备在实际中分析问题和解决问题的能力。在主要章节均安排了基于MATLAB软件的系统分析和设计实现方面的内容，便于读者自学，书中附有一定数量的典型例题解析和习题，并有小结。 本书由刘丁教授主编，辛菁、季瑞瑞、李敏远、任海鹏等参与编写了部分章节，吴亚丽、谢国为本书选编了部分习题、MATLAB系统分析和设计实例，并绘制了书中的插图。 本书由西安交通大学万百五教授担任主审。审者对本书提出了许多宝贵的修改意见，编者在此表示诚挚的感谢。 由于编者水平有限，书中难免存在错误和不妥之处，恳请广大读者批评指正，以便进一步修订和完善。 编者