本书是为适应人才培养的新需求,为自动化、电气工程及其自动化,以及其他相关专业本科生编写的教材。本书以加强基础、突出解决工程问题的思维方法,同时又以避繁就简、深入浅出为原则,系统地介绍了自动控制的基本原理、典型方法及应用实例。本书主要内容包括控制系统在时间域、复数域和频率域的数学模型,线性系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法,线性系统的经典校正方法以及非线性系统的描述函数与相平面分析方法。本书部分章节有机地融合了MATLAB的应用,便于读者利用MATLAB软件对控制系统进行计算和仿真分析,以加深对概念和方法的理解。 本书可作为高等院校自动化类、电气类与能源类等相关专业的教材,也可供相关工程技术人员参考和作为报考自动化类专业研究生的复习资料。 本书配有电子课件和习题答案,欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册下载,或发邮件至jinacmp@163.com索取。
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本书是为适应人才培养的新需求,为自动化、电气工程及其自动化,以及其他相关专业本科生编写的教材。本书以加强基础、突出解决工程问题的思维方法,同时又以避繁就简、深入浅出为原则,系统地介绍了自动控制的基本原理、典型方法及应用实例。本书主要内容包括控制系统在时间域、复数域和频率域的数学模型,线性系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法,线性系统的经典校正方法以及非线性系统的描述函数与相平面分析方法。本书部分章节有机地融合了MATLAB的应用,便于读者利用MATLAB软件对控制系统进行计算和仿真分析,以加深对概念和方法的理解。 本书可作为高等院校自动化类、电气类与能源类等相关专业的教材,也可供相关工程技术人员参考和作为报考自动化类专业研究生的复习资料。 本书配有电子课件和习题答案,欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册下载,或发邮件至jinacmp@163.com索取。
前言
第1章绪论
1.1自动控制系统的基本概念
1.2自动控制系统的工作原理
1.2.1开环控制系统
1.2.2闭环控制系统
1.2.3复合控制系统
1.3控制系统举例
1.3.1速度控制系统
1.3.2电热炉温度计算机控制系统
1.3.3汽车自动驾驶系统
1.3.4业务系统
1.4自动控制系统的分类
1.5对控制系统的基本要求与典型输入信号
1.5.1对自动控制系统的基本要求
1.5.2典型输入信号
1.6自动控制理论的发展简史
1.7本书的主要内容及结构体系
本章小结
习题
第2章控制系统的数学模型
2.1数学基础——拉普拉斯变换及其应用
2.1.1拉普拉斯变换的定义
2.1.2拉普拉斯变换的积分下限
2.1.3几个常用函数的拉普拉斯变换
2.1.4拉普拉斯变换的几个重要定理
2.1.5拉普拉斯反变换
2.1.6用拉普拉斯变换求解微分方程
2.2控制系统微分方程的建立
2.2.1建立控制系统微分方程的一般方法
2.2.2线性系统的基本特性
2.2.3非线性数学模型的线性化
2.3传递函数
2.3.1传递函数的定义和主要性质
2.3.2基本环节及其传递函数
2.4控制系统的框图及其等效变换
2.4.1控制系统框图的组成
2.4.2系统框图的等效变换和化简
2.5信号流图
2.5.1信号流图的组成与性质
2.5.2用梅森增益公式求系统的传递函数
2.5.3闭环系统的传递函数
本章小结
习题
第3章线性系统的时域分析法
3.1线性系统的时域性能指标
3.1.1典型输入信号
3.1.2时域性能指标
3.2一阶系统的时域分析
3.2.1一阶系统的数学模型
3.2.2一阶系统的单位阶跃响应
3.2.3一阶系统的单位脉冲响应
3.2.4一阶系统的单位速度响应
3.2.5一阶系统的单位加速度响应
3.3二阶系统的时域响应分析
3.3.1二阶系统的数学模型
3.3.2二阶系统的单位阶跃响应
3.3.3欠阻尼二阶系统的瞬态响应指标分析
3.3.4二阶系统性能的改善
3.4高阶系统的时域分析
3.4.1三阶系统的单位阶跃响应
3.4.2高阶系统的单位阶跃响应
3.5线性系统的稳定性分析
3.5.1稳定性的基本概念
3.5.2线性系统稳定的充分必要条件
3.5.3代数稳定性判据
3.6控制系统的稳态误差
3.6.1误差的定义
3.6.2给定输入信号下的稳态误差
3.6.3系统的类型
3.6.4不同输入信号下的稳态误差
3.6.5扰动信号下的稳态误差
本章小结
习题
第4章线性系统的根轨迹法
4.1根轨迹的基本概念
4.1.1根轨迹的概念
4.1.2根轨迹方程及辐角、幅值条件
4.2绘制根轨迹的基本规则
4.3广义根轨迹
4.3.1参数根轨迹
4.3.2零度根轨迹
4.4控制系统的根轨迹分析
4.4.1利用闭环主导极点估算系统的性能
4.4.2闭环偶极子对根轨迹的影响
4.4.3附加开环零点、极点的作用
4.4.4附加开环偶极子对根轨迹的影响
4.5基于根轨迹法的PID控制器设计
4.5.1PID控制器的基本结构
4.5.2P(比例)控制
4.5.3PD(比例-微分)控制
4.5.4PI(比例-积分)控制
4.5.5PID(比例-积分-微分)控制
本章小结
习题
第5章线性系统的频率响应法
5.1频率特性
5.1.1频率特性的基本概念
5.1.2频率特性的图形化表示
5.2典型环节的频率特性
5.3典型环节的对数频率特性
5.4系统开环频率特性的绘制
5.4.1最小相位系统与非最小相位系统
5.4.2系统开环幅相特性的绘制
5.4.3系统开环对数频率特性的绘制
5.4.4由频域实验确定系统传递函数
5.5基于频率特性的稳定性判据
5.5.1奈奎斯特稳定判据的数学基础
5.5.2奈奎斯特稳定判据
5.5.3奈奎斯特稳定判据的应用
5.6稳定裕度
5.7频域指标与时域性能指标的关系
5.7.1闭环频率特性与时域指标的关系
5.7.2开环频率特性与时域指标的关系
本章小结
习题
第6章线性系统的校正
6.1系统的设计与校正问题
6.2串联校正
6.2.1串联超前校正
6.2.2串联滞后校正
6.2.3串联滞后—超前校正
6.3局部反馈校正与前馈补偿
6.3.1局部反馈校正
6.3.2前馈补偿
6.4PID控制器的频域分析
6.4.1PD控制器
6.4.2PI控制器
6.4.3PID控制器
本章小结
习题
第7章非线性系统分析
7.1控制系统中的典型非线性特性
7.1.1典型非线性特性
7.1.2非线性系统的特点
7.2描述函数法
7.2.1描述函数的概念
7.2.2典型非线性特性的描述函数
7.2.3非线性系统的描述函数分析法
7.3相平面法
7.3.1相平面的基本概念
7.3.2奇点和极限环
7.3.3相轨迹的绘制
7.4非线性系统的相平面分析法
7.5MATLAB在非线性控制系统中的应用
本章小结
习题
参考文献
