描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121231971丛书名: 自动化专业规划教材
内容简介
本书比较全面地阐述了自动控制的基本理论及应用。主要内容有线性系统的数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统校正方法、离散控制系统、非线性控制系统的分析方法，以及PID控制器设计，并且每章都有关于MATLAB与Simulink在控制系统分析与设计中的应用。
本书从实际应用出发，力求突出物理概念，紧密结合具体的自动控制系统介绍经典控制理论的最基本内容。内容叙述深入浅出、通俗易懂。
本书从实际应用出发，力求突出物理概念，紧密结合具体的自动控制系统介绍经典控制理论的最基本内容。内容叙述深入浅出、通俗易懂。
目 录
第1章 自动控制的一般概念
1.1 自动控制与自动控制系统
1.2 自动控制的方式
1.2.1 开环控制与闭环控制
1.2.2 闭环控制系统的组成
1.3 自动控制系统的分类
1.4 对自动控制系统的基本要求
1.5 自动控制系统的分析与设计工具
本章小结
习题
第2章 控制系统的数学模型
2.1 引言
2.2 控制系统的时域数学模型
2.2.1 线性元件的微分方程
2.2.2 控制系统的微分方程的建立
2.2.3 线性微分方程的求解
2.2.4 非线性元件微分方程的线性化
2.3 控制系统的复数域数学模型
2.3.1 传递函数的定义和性质
2.3.2 传递函数的几种表示形式
2.3.3 典型环节及其传递函数
2.4 控制系统的方块图及其等效变换
2.4.1 方块图定义
2.4.2 方块图组成及绘制
2.4.3 方块图的等效变换
2.4.4 控制系统的传递函数
2.5 控制系统的信号流图
2.5.1 信号流图及其等效变换
2.5.2 梅森公式及其应用
2.6 数学模型的实验测定法
2.7 MATLAB在控制系统数学模型中的应用
本章小结
习题
第3章 线性系统的时域分析法
3.1 典型输入信号及性能指标
3.1.1 典型输入信号
3.1.2 稳态指标与动态指标
3.2 一阶系统的时域分析
3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应
3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应
3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应
3.2.4 一阶系统的单位加速度响应
3.3 二阶系统的时域分析
3.3.1 二阶系统的阶跃响应
3.3.2 二阶系统阶跃响应的性能指标
3.3.3 二阶系统性能指标的改善
3.4 高阶系统的时域分析
3.5 线性系统的稳定性分析
3.5.1 稳定的基本概念和系统稳定的充要条件
3.5.2 劳斯稳定判据
3.5.3 劳斯稳定判据的应用
3.6 线性系统的稳态误差
3.6.1 稳态误差的定义
3.6.2 系统类型
3.6.3 给定作用下的稳态误差
3.6.4 扰动作用下的稳态误差
3.6.5 减小或消除稳态误差的措施
3.7 MATLAB在时域分析法中的应用
本章小结
习题
第4章 线性系统的根轨迹分析法
4.1 根轨迹的基本概念
4.1.1 根轨迹
4.1.2 根轨迹的幅值条件和相角条件
4.2 根轨迹的绘制法则
4.2.1 绘制常规根轨迹一般法则
4.2.2 根轨迹绘制举例
4.3 广义根轨迹
4.3.1 参量根轨迹
4.3.2 零度根轨迹
4.4 开环零极点变化对根轨迹的影响
4.4.1 开环零极点位置的相对变化对根轨迹的影响
4.4.2 增加开环零点对根轨迹的影响
4.4.3 增加开环极点对根轨迹的影响
4.5 根轨迹法分析控制系统
4.5.1 根轨迹确定系统的闭环极点
4.5.2 系统的稳定性分析及相关参数的确定
4.5.3 根轨迹分析系统的动态性能
4.6 MATLAB在根轨迹分析中的应用
4.6.1 系统根轨迹绘制
4.6.2 由根轨迹图分析系统性能
本章小结
习题
第5章 线性系统的频域分析法
5.1 频率特性及其表示法
5.1.1 频率特性的基本概念
5.1.2 频率特性的几种表示法
5.2 频率特性的极坐标图(Nyquist图
5.2.1 典型环节频率特性的极坐标图
5.2.2 系统开环频率特性的极坐标图
5.3 频率特性的对数坐标图
5.3.1 典型环节频率特性的Bode图
5.3.2 系统开环频率特性的Bode图
5.3.3 最小相位系统
5.3.4 传递函数的频域实验确定
5.4 频率域的稳定判据
5.4.1 幅角原理
5.4.2 奈奎斯特稳定判据
5.4.3 对数频率稳定判据
5.5 稳定裕度
5.5.1 稳定裕度的定义
5.5.2 稳定裕度的计算
5.6 利用开环频率特性分析系统的性能
5.7 利用闭环频率特性分析系统的性能
5.7.1 闭环频率特性
5.7.2 闭环频域指标与时域指标的关系
5.7.3 开环频域指标与时域指标的关系
5.8 MATLAB在频率分析法中的应用
本章小结
习题
第6章 控制系统的校正
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控制器参数整定
6.3 常用校正装置及其特性
6.3.1 超前校正装置及其特性
6.3.2 滞后校正装置及其特性
6.3.3 滞后-超前校正装置及其特性
6.4 基于频率法的串联校正设计
6.4.1 串联超前校正
6.4.2 串联滞后校正
6.4.3 串联超前-滞后校正
6.4.4 按期望特性对系统进行串联校正
6.5 反馈校正
6.5.1 利用反馈校正改变局部环节的结构与参数
6.5.2 利用负反馈可以消除系统不可变部分中的不希望有的特性
6.5.3 利用反馈校正抑制一些严重扰动
6.6 MATLAB在控制系统校正中的应用
6.6.1 MATLAB指令在系统校正中的应用
6.6.2 Simulink在系统校正中的应用
本章小结
习题
第7章 线性离散控制系统
7.1 引言
7.2 采样与保持
7.2.1 采样过程
7.2.2 理想采样过程
7.2.3 保持器
7.3 z变换
7.3.1 时间函数的z变换
7.3.2 z变换的性质
7.3.3 z反变换
7.4 脉冲传递函数
7.4.1 脉冲传递函数的推导与计算
7.4.2 开环脉冲传递函数
7.4.3 闭环系统脉冲传递函数
7.5 离散控制系统的稳定性分析
7.5.1 s平面与z平面之间的映射
7.5.2 z平面上的稳定性分析方法
7.5.3 双线变换性
7.5.4 w平面上的稳定性分析方法
7.6 离散控制系统的时间响应
7.6.1 闭环极点与冲激响应的关系
7.6.2 离散系统的动态响应指标
7.6.3 离散系统的稳态误差
7.7 离散控制系统的校正
7.7.1 数字控制器的脉冲传递函数
7.7.2 最少拍系统设计
7.7.3 数字校正装置的实现
7.8 利用MATLAB进行离散控制系统分析
7.8.1 数学模型的处理
7.8.2 离散系统的输出响应
7.8.3 用Simulink对离散系统进行仿真
本章小结
习题
第8章 非线性系统分析
8.1 非线性系统的概述
8.1.1 典型的非线性特性
8.1.2 非线性系统的特点
8.2 描述函数分析法
8.2.1 描述函数的基本概念
8.2.2 典型非线性环节的描述函数
8.2.3 非线性系统的简化
8.2.4 基于描述函数法的非线性系统的分析
8.3 基于MATLAB/Simulink的非线性系统分析
本章小结
习题
附录A 习题参考答案
参考文献
1.1 自动控制与自动控制系统
1.2 自动控制的方式
1.2.1 开环控制与闭环控制
1.2.2 闭环控制系统的组成
1.3 自动控制系统的分类
1.4 对自动控制系统的基本要求
1.5 自动控制系统的分析与设计工具
本章小结
习题
第2章 控制系统的数学模型
2.1 引言
2.2 控制系统的时域数学模型
2.2.1 线性元件的微分方程
2.2.2 控制系统的微分方程的建立
2.2.3 线性微分方程的求解
2.2.4 非线性元件微分方程的线性化
2.3 控制系统的复数域数学模型
2.3.1 传递函数的定义和性质
2.3.2 传递函数的几种表示形式
2.3.3 典型环节及其传递函数
2.4 控制系统的方块图及其等效变换
2.4.1 方块图定义
2.4.2 方块图组成及绘制
2.4.3 方块图的等效变换
2.4.4 控制系统的传递函数
2.5 控制系统的信号流图
2.5.1 信号流图及其等效变换
2.5.2 梅森公式及其应用
2.6 数学模型的实验测定法
2.7 MATLAB在控制系统数学模型中的应用
本章小结
习题
第3章 线性系统的时域分析法
3.1 典型输入信号及性能指标
3.1.1 典型输入信号
3.1.2 稳态指标与动态指标
3.2 一阶系统的时域分析
3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应
3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应
3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应
3.2.4 一阶系统的单位加速度响应
3.3 二阶系统的时域分析
3.3.1 二阶系统的阶跃响应
3.3.2 二阶系统阶跃响应的性能指标
3.3.3 二阶系统性能指标的改善
3.4 高阶系统的时域分析
3.5 线性系统的稳定性分析
3.5.1 稳定的基本概念和系统稳定的充要条件
3.5.2 劳斯稳定判据
3.5.3 劳斯稳定判据的应用
3.6 线性系统的稳态误差
3.6.1 稳态误差的定义
3.6.2 系统类型
3.6.3 给定作用下的稳态误差
3.6.4 扰动作用下的稳态误差
3.6.5 减小或消除稳态误差的措施
3.7 MATLAB在时域分析法中的应用
本章小结
习题
第4章 线性系统的根轨迹分析法
4.1 根轨迹的基本概念
4.1.1 根轨迹
4.1.2 根轨迹的幅值条件和相角条件
4.2 根轨迹的绘制法则
4.2.1 绘制常规根轨迹一般法则
4.2.2 根轨迹绘制举例
4.3 广义根轨迹
4.3.1 参量根轨迹
4.3.2 零度根轨迹
4.4 开环零极点变化对根轨迹的影响
4.4.1 开环零极点位置的相对变化对根轨迹的影响
4.4.2 增加开环零点对根轨迹的影响
4.4.3 增加开环极点对根轨迹的影响
4.5 根轨迹法分析控制系统
4.5.1 根轨迹确定系统的闭环极点
4.5.2 系统的稳定性分析及相关参数的确定
4.5.3 根轨迹分析系统的动态性能
4.6 MATLAB在根轨迹分析中的应用
4.6.1 系统根轨迹绘制
4.6.2 由根轨迹图分析系统性能
本章小结
习题
第5章 线性系统的频域分析法
5.1 频率特性及其表示法
5.1.1 频率特性的基本概念
5.1.2 频率特性的几种表示法
5.2 频率特性的极坐标图(Nyquist图
5.2.1 典型环节频率特性的极坐标图
5.2.2 系统开环频率特性的极坐标图
5.3 频率特性的对数坐标图
5.3.1 典型环节频率特性的Bode图
5.3.2 系统开环频率特性的Bode图
5.3.3 最小相位系统
5.3.4 传递函数的频域实验确定
5.4 频率域的稳定判据
5.4.1 幅角原理
5.4.2 奈奎斯特稳定判据
5.4.3 对数频率稳定判据
5.5 稳定裕度
5.5.1 稳定裕度的定义
5.5.2 稳定裕度的计算
5.6 利用开环频率特性分析系统的性能
5.7 利用闭环频率特性分析系统的性能
5.7.1 闭环频率特性
5.7.2 闭环频域指标与时域指标的关系
5.7.3 开环频域指标与时域指标的关系
5.8 MATLAB在频率分析法中的应用
本章小结
习题
第6章 控制系统的校正
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控制器参数整定
6.3 常用校正装置及其特性
6.3.1 超前校正装置及其特性
6.3.2 滞后校正装置及其特性
6.3.3 滞后-超前校正装置及其特性
6.4 基于频率法的串联校正设计
6.4.1 串联超前校正
6.4.2 串联滞后校正
6.4.3 串联超前-滞后校正
6.4.4 按期望特性对系统进行串联校正
6.5 反馈校正
6.5.1 利用反馈校正改变局部环节的结构与参数
6.5.2 利用负反馈可以消除系统不可变部分中的不希望有的特性
6.5.3 利用反馈校正抑制一些严重扰动
6.6 MATLAB在控制系统校正中的应用
6.6.1 MATLAB指令在系统校正中的应用
6.6.2 Simulink在系统校正中的应用
本章小结
习题
第7章 线性离散控制系统
7.1 引言
7.2 采样与保持
7.2.1 采样过程
7.2.2 理想采样过程
7.2.3 保持器
7.3 z变换
7.3.1 时间函数的z变换
7.3.2 z变换的性质
7.3.3 z反变换
7.4 脉冲传递函数
7.4.1 脉冲传递函数的推导与计算
7.4.2 开环脉冲传递函数
7.4.3 闭环系统脉冲传递函数
7.5 离散控制系统的稳定性分析
7.5.1 s平面与z平面之间的映射
7.5.2 z平面上的稳定性分析方法
7.5.3 双线变换性
7.5.4 w平面上的稳定性分析方法
7.6 离散控制系统的时间响应
7.6.1 闭环极点与冲激响应的关系
7.6.2 离散系统的动态响应指标
7.6.3 离散系统的稳态误差
7.7 离散控制系统的校正
7.7.1 数字控制器的脉冲传递函数
7.7.2 最少拍系统设计
7.7.3 数字校正装置的实现
7.8 利用MATLAB进行离散控制系统分析
7.8.1 数学模型的处理
7.8.2 离散系统的输出响应
7.8.3 用Simulink对离散系统进行仿真
本章小结
习题
第8章 非线性系统分析
8.1 非线性系统的概述
8.1.1 典型的非线性特性
8.1.2 非线性系统的特点
8.2 描述函数分析法
8.2.1 描述函数的基本概念
8.2.2 典型非线性环节的描述函数
8.2.3 非线性系统的简化
8.2.4 基于描述函数法的非线性系统的分析
8.3 基于MATLAB/Simulink的非线性系统分析
本章小结
习题
附录A 习题参考答案
参考文献
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自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学理论。随着我国经济建设和高技术的快速发展，各个行业对自动化应用型人才的需求量越来越大，为控制工程的持续发展提供了广阔的空间。自动控制原理是高等工科院校自动化类专业、电子信息类专业以及电气工程类专业的一门重要技术基础课程。
本书是作者在进行多年“自动控制原理”课程教学的基础上，突出理论联系实际，学以致用为目的而编写的。本书全面地介绍了经典控制理论，共8章。第1章介绍自动控制的基本概念；第 2 章介绍线性连续控制系统时域和复数域数学模型及其结构图和信号流图；第3～5章分别介绍线性连续控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频率分析法；第6章详细阐述线性连续控制系统的频域设计法以及PID控制器设计；第7章重点介绍离散控制系统的数学模型、稳定性分析及最小拍控制器设计；第8章主要介绍一种非线性连续系统分析方法—描述函数法。
本书在编写过程中，根据应用型本科院校的特点，适当降低了理论深度，内容编写力求深入浅出、循序渐进，注重物理概念的阐述，尽量避免烦琐的数学推导，紧密结合具体的自动控制系统介绍经典控制理论的最基本的内容，使抽象的控制理论与系统分析、设计相结合，理论和实际相结合，为学生后续专业课程学习奠定基础。
本书在控制系统的分析与设计中，合理地利用MATLAB软件辅助课程教学。在每章最后一节介绍对应知识点的MATLAB仿真指令，以加深学生对自动控制理论的理解和掌握，并有助于学生以后的控制系统工程实践。
本书的参考学时为72～80学时，各高校可根据专业需要和课时情况，自行组合加以取舍。对于48学时的课程，可讲授第1、2、3、5、7章，其内容为经典控制理论中系统模型、时域分析法、频率分析法和离散控制系统。对于56学时的课程，可讲授第1、2、3、5、6、7章，其内容为经典控制理论中系统模型、时域分析法、频率分析法、系统校正和离散控制系统。
本书由黄江平主编，并负责全书的统编定稿。第1、6、8章由黄江平编写，第7章由占自才编写，第2、3章由杨静编写，第4章由龚锦红编写，第5章由祝振敏编写。本书在编写过程中，参阅了国内外专家、学者的教材、著作，在此一并致谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处和错误，恳请读者批评指正([email protected])。
本书是作者在进行多年“自动控制原理”课程教学的基础上，突出理论联系实际，学以致用为目的而编写的。本书全面地介绍了经典控制理论，共8章。第1章介绍自动控制的基本概念；第 2 章介绍线性连续控制系统时域和复数域数学模型及其结构图和信号流图；第3～5章分别介绍线性连续控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频率分析法；第6章详细阐述线性连续控制系统的频域设计法以及PID控制器设计；第7章重点介绍离散控制系统的数学模型、稳定性分析及最小拍控制器设计；第8章主要介绍一种非线性连续系统分析方法—描述函数法。
本书在编写过程中，根据应用型本科院校的特点，适当降低了理论深度，内容编写力求深入浅出、循序渐进，注重物理概念的阐述，尽量避免烦琐的数学推导，紧密结合具体的自动控制系统介绍经典控制理论的最基本的内容，使抽象的控制理论与系统分析、设计相结合，理论和实际相结合，为学生后续专业课程学习奠定基础。
本书在控制系统的分析与设计中，合理地利用MATLAB软件辅助课程教学。在每章最后一节介绍对应知识点的MATLAB仿真指令，以加深学生对自动控制理论的理解和掌握，并有助于学生以后的控制系统工程实践。
本书的参考学时为72～80学时，各高校可根据专业需要和课时情况，自行组合加以取舍。对于48学时的课程，可讲授第1、2、3、5、7章，其内容为经典控制理论中系统模型、时域分析法、频率分析法和离散控制系统。对于56学时的课程，可讲授第1、2、3、5、6、7章，其内容为经典控制理论中系统模型、时域分析法、频率分析法、系统校正和离散控制系统。
本书由黄江平主编，并负责全书的统编定稿。第1、6、8章由黄江平编写，第7章由占自才编写，第2、3章由杨静编写，第4章由龚锦红编写，第5章由祝振敏编写。本书在编写过程中，参阅了国内外专家、学者的教材、著作，在此一并致谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处和错误，恳请读者批评指正([email protected])。
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