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自动控制原理
丛   书   名:高等学校“十二五”电气自动化类规划教材
作   译   者:杨友良 出 版 日 期:2011-03-01
出   版   社:电子工业出版社 维   护   人:申凯旗 

图书简介:

本书是根据全国高等工科院校自动化类专业“自动控制原理”课程教学大纲的要求编写的。全书介绍了经典控制理论的基本概念、基本原理和基本方法,着重加强对基本理论及其应用的阐述。全书共8章,前6章讲述线性...
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    图书详情

    ISBN:申博亚洲官网下载9787121129704

    开 本:16开

    印 张:0.0

    版 次:01-01

    页 数:388

    字 数:620

    内容简介

    本书是根据全国高等工科院校自动化类专业“自动控制原理”课程教学大纲的要求编写的。全书介绍了经典控制理论的基本概念、基本原理和基本方法,着重加强对基本理论及其应用的阐述。全书共8章,前6章讲述线性连续系统的时域分析、根轨迹分析和频域分析,以及系统的综合校正;第7章介绍线性离散系统的基本理论、分析与综合方法;第8章介绍非线性系统的相关理论,包括描述函数法和相平面法。大部分章节都包含了MATLAB辅助控制系统分析和设计的方法。每章均有小结、示例及习题,有助于对基本概念的理解与基本方法的运用。 读者对象:本书可作为高等工科院校自动化、电气工程与自动化、测控技术与仪器、电子信息工程、机械工程及自动化、计算机科学与技术等专业的本科教材或参考书,也可供自动化工程技术人员学习参考。 本教材有配套PPT课件及习题解答提供。 PPT可自行下载。习题解答请来信索取:chenwk@phei.com.cn 邮件中写明所在学校,是否作为教材使用。谢谢!

    本书目录

    第1章  自动控制系统概述 1
    1.1  引言 1
    1.2  自动控制系统的基本概念 1
    1.3  控制系统的基本结构形式 3
    1.3.1  开环控制系统 3
    1.3.2  闭环控制系统 4
    1.3.3  复合控制系统 7
    1.4  闭环控制系统的组成和基本环节 7
    1.5  自动控制系统分类 9
    1.5.1  按控制系统元件特性分类 9
    1.5.2  按控制系统信号形式分类 11
    1.5.3  按输入量的变化形式分类 12
    1.6  对自动控制系统的基本要求 13
    1.6.1  稳定性 13
    1.6.2  准确性 14
    1.6.3  快速性 14
    小结 17
    习题 17
    第2章  自动控制系统的数学模型 19
    2.1  动态微分方程的建立 19
    2.1.1  系统微分方程的描述 19
    2.1.2  系统微分方程的建立 20
    2.2  非线性数学模型的线性化 24
    2.3  传递函数 26
    2.3.1  传递函数的定义 26
    2.3.2  典型环节的传递函数及暂态特性 29
    2.4  系统动态结构图 37
    2.5  系统传递函数和结构图的等效变换 41
    2.5.1  典型连接的等效传递函数 41
    2.5.2  相加点及分支点的变位运算 43
    2.5.3  系统开环传递函数 46
    2.5.4  系统闭环传递函数 49
    2.5.5  系统对给定作用和扰动作用的传递函数 51
    2.6  信号流图 52
    2.6.1  信号流图中的术语 53
    2.6.2  信号流图的绘制 53
    2.6.3  信号流图的性质 54
    2.6.4  信号流图的基本简化法则 54
    2.6.5  梅逊公式 55
    2.7  用MATLAB求解线性微分方程和化简系统方框图 58
    2.7.1  MATLAB中数学模型的表示 59
    2.7.2  用MATLAB求解线性微分方程 61
    2.7.3  MATLAB在系统方框图化简中的应用 63
    小结 65
    习题 66
    第3章  自动控制系统的时域分析法 71
    3.1  系统的典型输入信号 71
    3.1.1  阶跃信号(位置信号) 71
    3.1.2  斜坡信号(速度信号) 72
    3.1.3  抛物线信号(加速度信号) 72
    3.1.4  脉冲信号 73
    3.1.5  正弦信号 73
    3.2  一阶系统的动态响应 74
    3.2.1  一阶系统的数学模型 74
    3.2.2  一阶系统的单位阶跃响应 74
    3.3  二阶系统的阶跃响应 76
    3.3.1  二阶系统的数学模型 76
    3.3.2  二阶系统的阶跃响应 77
    3.3.3  二阶系统暂态特性指标 80
    3.3.4  二阶工程最佳参数 84
    3.3.5  二阶系统性能的改善 86
    3.4  高阶系统的时域分析 88
    3.4.1  高阶系统单位阶跃响应特性 88
    3.4.2  高阶系统的几个重要概念 89
    3.5  控制系统的稳定性及代数稳定判据 93
    3.5.1  稳定性的基本概念 93
    3.5.2  线性定常系统稳定的充分必要条件 94
    3.5.3  劳斯(Routh)稳定性判据 94
    3.5.4  劳斯判据的应用 98
    3.6  控制系统的稳态特性——稳态误差分析 100
    3.6.1  稳态误差和控制系统类型 100
    3.6.2  稳态误差系数和稳态误差的计算 101
    3.6.3  动态误差系数 104
    3.6.4  扰动稳态误差 106
    3.6.5  减小稳态误差的方法 108
    3.7  线性系统时域分析的MATLAB仿真方法 111
    小结 115
    习题 116
    第4章  根轨迹法 120
    4.1  根轨迹法的基本概念 120
    4.1.1  根轨迹的定义 120
    4.1.2  根轨迹的幅值和辐角条件 121
    4.2  根轨迹的绘制 122
    4.2.1  绘制根轨迹的基本法则 122
    4.2.2  常规180°根轨迹绘制举例 131
    4.3  非典型形式系统根轨迹的绘制 135
    4.3.1  零度根轨迹 135
    4.3.2  广义根轨迹 138
    4.4  基于根轨迹法的系统性能分析 139
    4.4.1  开环零、极点对根轨迹的影响 140
    4.4.2  在根轨迹上确定闭环特征根 141
    4.4.3  用根轨迹确定系统的性能 143
    4.4.4  用根轨迹确定系统的参数 145
    4.5  用MATLAB绘制根轨迹 148
    4.5.1  绘制根轨迹 148
    4.5.2  确定根轨迹上闭环极点相对应的根轨迹放大系数 150
    4.5.3  零度根轨迹的绘制 151
    小结 153
    习题 153
    第5章  自动控制系统的频域分析法 157
    5.1  频率特性 157
    5.1.1  频率特性的基本概念 157
    5.1.2  频率特性的性质 159
    5.2  幅相频率特性 160
    5.2.1  幅相频率特性的表示 160
    5.2.2  典型环节的幅相频率特性 161
    5.2.3  开环系统的幅相频率特性 165
    5.3  对数频率特性 170
    5.3.1  对数频率特性的表示 170
    5.3.2  基本环节的伯德图 171
    5.3.3  开环控制系统的伯德图 177
    5.3.4  最小相位系统 180
    5.3.5  传递函数的频域实验确定 181
    5.4  频域中的稳定性判据 184
    5.4.1  辐角定理 184
    5.4.2  奈氏稳定性判据 185
    5.4.3  对数频率稳定判据 188
    5.4.4  奈氏判据应用举例 189
    5.4.5  系统的稳定裕量 193
    5.5  开环频率特性分析 195
    5.5.1  基于伯德图的系统稳态性能分析 195
    5.5.2  频率特性的两个基本关系 196
    5.5.3  低频段和高频段特性斜率的影响 198
    5.5.4  c(或开环放大系数K)对相位裕量的影响 199
    5.5.5  开环频率特性与时域性能指标的关系 203
    5.6  闭环系统频率特性 205
    5.6.1  闭环频率特性与开环频率特性的关系 205
    5.6.2  闭环系统频率特性及其与暂态特性指标的关系 206
    5.6.3  闭环系统等M图、等图及尼氏图 208
    5.6.4  非单位反馈系统的闭环频率特性 212
    5.7  线性系统频域分析的MATLAB方法 212
    小结 218
    习题 219
    第6章  控制系统的校正及综合 222
    6.1  控制系统校正的一般概念 222
    6.1.1  校正的概念 222
    6.1.2  校正的基本方式 222
    6.2  串联校正 224
    6.2.1  串联超前校正 224
    6.2.2  串联滞后校正 229
    6.2.3  串联滞后-超前校正 234
    6.2.4  按期望特性的串联校正 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  积分(I)控制器 244
    6.3.4  比例积分(PI)控制器 245
    6.3.5  比例积分微分(PID)控制器 246
    6.4  反馈校正 246
    6.4.1  反馈的作用 246
    6.4.2  反馈校正装置的设计 248
    6.5  复合校正 252
    6.5.1  按扰动补偿的复合校正 252
    6.5.2  按输入补偿的复合校正 253
    小结 254
    习题 254
    第7章  线性离散系统的理论基础 257
    7.1  线性离散控制系统概述 257
    7.2  采样过程和采样定理 262
    7.2.1  采样过程及其数学描述 262
    7.2.2  采样定理及采样周期的选择 267
    7.2.3  信号的保持及保持器 268
    7.3   Z变换法 271
    7.3.1  Z变换的定义 271
    7.3.2  Z变换的方法 272
    7.3.3  Z变换的基本定理 275
    7.3.4  Z反变换 280
    7.4  采样控制系统的数学模型 284
    7.4.1  线性常系数差分方程及其解法 284
    7.4.2  脉冲传递函数 287
    7.5  离散控制系统的性能分析 297
    7.5.1  离散控制系统的稳定性分析 297
    7.5.2  离散控制系统的暂态特性分析 302
    7.5.3  离散控制系统的稳态误差分析 306
    7.6  离散控制系统的设计 311
    7.6.1  最少拍系统设计 312
    7.6.2  数字PID算法 316
    7.7   MATLAB在离散控制系统中的应用 318
    7.7.1  应用于离散系统的MATLAB基本函数介绍 318
    7.7.2  连续系统的离散化 319
    7.7.3  求离散系统的时域响应 319
    7.7.4  离散系统的稳定性分析 320
    小结 321
    习题 322
    第8章  非线性系统分析 324
    8.1  非线性系统概述 324
    8.1.1  典型非线性特性 324
    8.1.2  非线性系统的特点 326
    8.2  描述函数法 327
    8.2.1  描述函数的基本概念 327
    8.2.2  典型非线性特性的描述函数 329
    8.2.3  描述函数法分析非线性系统 336
    8.3  相平面法 343
    8.3.1  相轨迹的特征 344
    8.3.2  相轨迹的绘制 351
    8.3.3  非线性系统的相平面分析 354
    8.3.4  利用MATLAB分析非线性控制系统 361
    小结 368
    习题 370
    附录A  常用时间函数的拉氏变换及Z变换对照表 374
    参考文献 376
    展开

    前     言

    前 言
    自动控制原理又称为经典控制理论,是研究自动控制系统共同规律的技术科学。它主要研究单输入-单输出线性定常系统的建模、分析与设计问题。主要内容包括:线性系统的数学模型、时域分析、根轨迹分析、频域分析、控制系统的设计与校正,线性离散控制系统的分析与设计,以及典型非线性系统的分析。 自动控制原理是自动化及相关专业的专业基础课。随着我国工业化、信息化的迅猛发展和日益融合,自动化技术在国民经济各行业得到了广泛应用,并成为开发新工艺、新设备、新材料、新能源,推动传统产业转型提升的关键技术。自动化技术与新型工业的深度融合,拓展了自动化专业的发展空间,也促使自动控制理论成为高等学校众多学科的专业基础。 河北联合大学(原河北理工大学)电气工程学院“自动控制原理”课程组一直承担着全校各相关专业的“自动控制原理”课的教学与实验工作,并完成了数十项相关科研课题。2008年“自动控制原理”课被评为河北省精品课程。本书是该课程组全体教师共同编写的,是各位参编教师数十年教学和科研工作经验的结晶。 本书是高等工科院校相关专业的本、专科教材,授课学时为50~90学时,也可供相关专业的研究生或从事自动化技术工作的人员参考。 本书具有以下特点。 (1)本书紧密结合教学大纲的要求,以理论为基础,重视工程应用,强化经验总结。 (2)丰富典型例题,突出工程应用,结合现代计算机辅助分析与设计手段(MATLAB)编写。 (3)每章均附适量的示例、习题,并配有相应的解题过程,与各章内容紧密结合。 (4)为方便教师使用本教材,配有PPT课件、习题解答及试题库,免费赠送,可登录www.cocninja.com下载。 本书第1章、第4章由杨友良编写,第6章、第8章由马翠红编写,第3章、第5章由田晴编写,第2章由屈滨编写,第7章由张瑞成编写。全书由杨友良统稿。 在本书的编写过程中,参考了许多优秀教材和著作。在此向收录于参考文献中的各位作者表示真诚的谢意。 由于时间仓促,加之编者水平有限,书中不当之处在所难免,敬请广大读者批评指正。
    编 者 2011年1月
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