自動控制原理

本書介紹了經典控制理論的基本概念、基本理論、基本分析方法以及實際應用。主要內容包括自動控制系統的一般概念，自動控制系統的數學模型，自動控制系統的時域分析，根軌跡分析法，頻域分析法，控制系統的校正與設計，非線性系統分析，採樣控制系統，自動控制系統的分析與調試。各章配有大量習題。

本書力爭做到重點突出、概念清楚、層次清晰、深入淺出、簡明易學，力求達到緊密聯繫實際、學以致用的目的 ^[1]  。

本書適用於本、專科電氣自動化技術、電力系統自動化技術、過程自動化技術以及應用電子技術等電類專業的教學，也可作為相關工程技術人員的參考書籍。

第1章自動控制系統的一般概念

1.1自動控制系統的發展概述

1.2自動控制系統的基本方式

1.2.1開環控制系統

1.2.2閉環控制系統

1.3自動控制系統的組成和分類

1.3.1自動控制系統的組成

1.3.2自動控制系統的分類

1.4自動控制系統的性能要求

1.4.1穩定性

1.4.2穩態性能指標

1.4.3動態性能指標

本章小結

習題

第2章自動控制系統的數學模型

2.1控制系統的微分方程

2.1.1系統微分方程的建立

2.1.2建立系統微分方程舉例

2.1.3應用拉氏變換求解微分方程

2.2傳遞函數

2.2.1傳遞函數的定義

2.2.2傳遞函數的性質

2.2.3複數阻抗法

2.2.4典型環節的傳遞函數

2.3系統動態結構圖

2.4系統結構圖等效變換

2.4.1系統框圖的畫法

2.4.2框圖的等效變換

2.4.3方框圖的化簡舉例

2.4.4梅森(S.J.Mason)公式

2.5反饋控制系統的傳遞函數

2.5.1閉環控制系統的開環傳遞函數

2.5.2自動控制系統閉環傳遞函數的求取

2.5.3閉環系統的誤差傳遞函數

2.6用Matlab求解微分方程和化簡系統框圖

2.6.1系統傳遞函數模型在Matlab中的表示

2.6.2結構圖模型的簡化

本章小結

習題

第3章自動控制系統的時域分析

3.1時域分析概述

3.1.1時域分析法的特點

3.1.2典型輸入信號

3.1.3時域性能指標

3.2一階系統的動態響應

3.2.1一階系統的單位階躍響應

3.2.2一階系統的單位斜坡響應

3.3二階系統的動態響應

3.3.1二階系統的單位階躍響應

3.3.2二階系統的性能指標

3.3.3改善二階系統性能的措施

*3.4高階系統的動態響應

3.5系統的穩定性分析

3.5.1系統穩定性的概念

3.5.2系統穩定的充分與必要條件

3.5.3代數穩定性判據

3.6系統的穩態誤差分析

3.6.1穩態誤差的概念

3.6.2穩態誤差的計算

3.6.3改善系統穩態精度的方法

3.7Matlab在時域分析中的應用

3.7.1時域分析曲線的繪製

3.7.2二階系統性能指標的計算

3.7.3代數穩定判據Matlab的實現

本章小結

習題

第4章根軌跡分析法

4.1根軌跡的基本概念

4.1.1根軌跡的概念

4.1.2根軌跡方程

4.2繪製根軌跡的基本法則

4.2.1根軌跡的對稱性和分支數

4.2.2根軌跡的起點和終點

4.2.3實軸上的根軌跡段

4.2.4根軌跡的漸近線

4.2.5根軌跡的分離點和會合點

4.2.6根軌跡的出射角和入射角

4.2.7根軌跡與虛軸的交點

4.2.8開環極點與閉環極點的關係

4.3廣義根軌跡

4.3.1參量根軌跡

4.3.2正反饋系統的根軌跡

4.3.3非最小相位系統的根軌跡

4.4用根軌跡法分析系統的動態特性

4.4.1閉環極點的位置與系統性能的關係

4.4.2增加開環零、極點對根軌跡的影響

4.5用Matlab繪製根軌跡

4.5.1繪製系統的零極點分佈圖

4.5.2繪製系統的根軌跡

4.5.3根軌跡與系統性能

本章小結

習題

第5章頻域分析法

5.1頻率特性的基本概念

5.1.1頻率特性的概念

5.1.2頻率特性與傳遞函數的關係

5.1.3頻率特性的表示方式

5.2典型環節的頻率特性

5.2.1比例環節

5.2.2積分環節

5.2.3微分環節

5.2.4慣性環節

5.2.5比例微分環節

5.2.6振盪環節（二階環節）

5.3系統開環頻率特性的繪製

5.3.1開環幅相頻率特性

5.3.2開環對數頻率特性

5.3.3根據頻率特性確定傳遞函數

5.4控制系統的穩定判據與穩定裕量

5.4.1奈奎斯特穩定判據

5.4.2對數頻率穩定判據

5.4.3穩定裕量與系統相對穩定性

5.5系統開環頻率特性與時域指標間的關係

5.5.1低頻段與穩態精度

5.5.2中頻段與動態性能

5.5.3高頻段與動態性能

5.6系統閉環頻率特性與時域指標的關係

5.6.1閉環頻率特性與開環頻率特性的關係

5.6.2閉環頻率特性的頻域指標

5.6.3閉環頻域指標與時域指標的關係

本章小結

習題

第6章控制系統的校正與設計

6.1系統校正的基本概念

6.1.1系統校正的概念

6.1.2常見的校正設計方法

6.1.3系統校正的方式

6.2串聯校正

6.2.1串聯超前校正

6.2.2串聯滯後校正

6.2.3串聯滯後—超前校正

6.2.4PID調節器

6.3反饋校正

6.4複合校正

6.5常用的工程設計方法

6.5.1幾種常見的近似處理

6.5.2二階工程設計

6.5.3三階工程設計

6.6用Matlab進行系統校正

本章小結

習題

第7章非線性系統分析

7.1非線性系統概述

7.2典型非線性特性及其對系統性能的影響

7.3描述函數法

7.4用描述函數法分析非線性控制系統

本章小結

習題

第8章採樣控制系統

8.1採樣控制系統的基本概念

8.1.1採樣控制系統的基本結構

8.1.2數字控制系統

8.2信號的採樣和保持

8.2.1採樣過程

8.2.2採樣信號的復現

8.3z變換與z反變換

8.3.1變換的定義

8.3.2變換的求法

8.3.3變換的基本定理

8.3.4反變換

8.4線性常係數差分方程及其解法

8.5脈衝傳遞函數

8.5.1開環離散系統（或環節）的脈衝傳遞函數

8.5.2閉環採樣系統的脈衝傳遞函數

8.6採樣系統的穩定性與穩態誤差

8.6.1採樣系統的穩定性

8.6.2採樣系統的穩定誤差

本章小結

習題

第9章自動控制系統的分析與調試

9.1自動控制系統的分析步驟

9.1.1工作對象對系統的要求

9.1.2系統各單元的工作原理

9.1.3整個系統的工作原理

9.2自動控制系統的調試方法

9.2.1系統調試前的準備工作

9.2.2制定調試大綱的原則

9.2.3系統調試過程

9.3自動控制系統的維護、使用和故障排除

9.3.1系統的維護和使用

9.3.2系統故障的檢查與排除

本章小結

習題

附錄常用函數的拉普拉斯變換對照表

參考文獻