自動控制原理

本書全面、系統地介紹了經典控制理論的基本內容和自動控制系統的分析、校正與綜合設計方法。全書共分8章，主要包括自動控制的基本概念、控制系統的數學描述、時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法、線性控制系統的綜合與校正、離散時間控制系統、非線性控制系統等。每章最後一節為相應的Matlab仿真實例。各章末給出本章小結和關鍵術語和概念，並配有適當的習題。 本書可作為普通高等院校自動化類、電氣信息類、電子信息類和計算機類等相關專業的教材，也可作為科技人員的參考用書。 ^[1] 

1自動控制的基本概念

1.1自動控制的發展簡史001

1.1.1經典控制理論階段002

1.1.2現代控制理論階段002

1.1.3大系統控制階段003

1.1.4智能控制階段003

1.2自動控制的基本原理004

1.2.1人工控制與自動控制004

1.2.2自動控制系統的構成005

1.2.3自動控制系統的基本控制方式006

1.3自動控制系統的分類007

1.3.1按輸入信號特徵分類007

1.3.2按系統參數特性分類008

1.3.3按系統數學模型分類008

1.3.4按時間變量特性分類009

1.3.5按變量數目分類009

1.3.6其他分類方法009

1.4對控制系統性能的基本要求010

1.4.1穩定性010

1.4.2快速性010

1.4.3準確性010

1.5Matlab在自動控制系統中的應用011

本章小結011

關鍵術語和概念012

習題013

2控制系統的數學描述

2.1控制系統的微分方程描述015

2.1.1典型控制系統的數學模型016

2.1.2非線性微分方程的線性化020

2.2拉普拉斯變換及反變換022

2.2.1Laplace變換的定義022

2.2.2Laplace變換的性質及其應用023

2.2.3Laplace反變換026

2.2.4利用Laplace變換求解線性微分方程028

2.3控制系統的傳遞函數描述029

2.3.1傳遞函數的概念和性質029

2.3.2典型環節的傳遞函數030

2.4控制系統的結構圖033

2.4.1結構圖的概念033

2.4.2控制系統結構圖的建立034

2.4.3結構圖的等效變換035

2.5控制系統的信號流圖039

2.5.1信號流圖040

2.5.2梅遜公式040

2.6閉環控制系統的傳遞函數042

2.7控制系統數學模型的Matlab描述045

本章小結047

關鍵術語和概念047

習題048

3時域分析法

3.1典型輸入信號與時域性能指標054

3.1.1典型輸入信號054

3.1.2系統的時域性能指標056

3.2一階系統的時域分析058

3.2.1一階系統的單位階躍響應058

3.2.2一階系統的單位脈衝響應059

3.2.3一階系統的單位斜坡函數響應059

3.3二階系統的時域分析060

3.3.1二階系統的單位階躍響應060

3.3.2二階系統的脈衝響應063

3.3.3欠阻尼二階系統在單位階躍輸入作用下的瞬態響應指標064

3.3.4改善二階系統性能的措施070

3.4高階系統的時域分析071

3.4.1高階系統的單位階躍響應071

3.4.2主導極點072

3.5線性系統的穩定性分析073

3.5.1穩定性概念073

3.5.2穩定的充分必要條件074

3.5.3穩定判據076

3.6線性系統的穩態誤差082

3.6.1穩態誤差概念083

3.6.2穩態誤差的計算084

3.6.3減小或消除穩態誤差的措施089

3.7利用Matlab進行時域分析091

本章小結094

關鍵術語和概念095

習題095 ^[1] 

4根軌跡分析法

4.1根軌跡的基本概念098

4.1.1採用解析法繪製根軌跡圖098

4.1.2根軌跡與系統性能099

4.1.3根軌跡方程100

4.1.4利用試探法確定根軌跡上的點101

4.2根軌跡繪製的基本規則101

4.2.1繪製根軌跡的基本規則101

4.2.2繪製根軌跡舉例112

4.3廣義根軌跡繪製117

4.3.1參變量根軌跡的繪製117

4.3.2正反饋系統根軌跡的繪製119

4.3.3非最小相位系統的根軌跡122

4.4基於根軌跡的系統性能分析123

4.4.1開環零、極點對根軌跡的影響123

4.4.2利用根軌跡估算系統參數與性能127

4.4.3閉環零、極點分佈與系統性能的關係129

4.5利用Matlab繪製根軌跡圖130

本章小結134

關鍵術語和概念135

習題135

5頻域分析法

5.1頻率特性的基本概念138

5.2頻率特性的圖示方法140

5.2.1極座標圖140

5.2.2對數座標圖150

5.3奈奎斯特穩定判據161

5.3.1幅角定理161

5.3.2奈奎斯特穩定判據162

5.4控制系統的穩定裕量168

5.4.1相角裕量和幅值裕量168

5.4.2穩定裕量的計算169

5.5控制系統的閉環頻率特性170

5.6頻域響應與系統性能指標間的關係173

5.6.1二階系統173

5.6.2高階系統174

5.7利用Matlab進行控制系統的頻域分析175

本章小結176

關鍵術語和概念177

習題178

6線性控制系統的綜合與校正

6.1綜合與校正的概念181

6.1.1校正的基本方式182

6.1.2基本控制規律182

6.1.3校正裝置及其特性185

6.2串聯校正190

6.2.1串聯超前校正190

6.2.2串聯滯後校正192

6.2.3滯後-超前校正194

6.3反饋校正195

6.3.1反饋校正的基本原理195

6.3.2反饋校正設計196

6.4複合校正199

6.5利用Matlab進行系統校正200

本章小結202

關鍵術語和概念202

習題203

7離散時間控制系統

7.1離散系統的基本概念206

7.2採樣過程與採樣定理208

7.2.1採樣過程及其數學描述208

7.2.2採樣定理210

7.2.3信號的恢復211

7.3Z變換理論213

7.3.1Z變換定義和性質213

7.3.2Z變換方法215

7.3.3Z反變換方法219

7.4離散控制系統的數學描述221

7.4.1線性常係數差分方程221

7.4.2脈衝傳遞函數224

7.5離散控制系統的分析與設計231

7.5.1穩定性分析232

7.5.2瞬態響應235

7.6離散控制系統的穩態誤差236

7.7離散系統的數字控制器設計238

7.8離散系統的Matlab仿真242

本章小結246

關鍵術語和概念247

習題247

8非線性控制系統

8.1非線性系統的特點250

8.2典型非線性環節的數學描述251

8.3描述函數法253

8.3.1描述函數的基本概念253

8.3.2典型非線性特性的描述函數254

8.3.3用描述函數分析非線性系統259

8.4相平面法263

8.4.1相平面圖及繪製方法263

8.4.2奇點與極限環266

8.4.3相平面分析舉例269

8.5非線性系統的Matlab仿真273

本章小結276

關鍵術語和概念276

習題277 ^[1]