自動控制原理

《自動控制原理》是為了適應應用型高等院校工程教育改革而編寫的控制類課程基礎教材，主要介紹了經典控制理論的基本內容、控制系統的分析方法及系統校正設計方法。在講解控制理論基礎知識的同時，介紹了一些典型的控制系統，有利於讀者更好地掌握經典控制理論的內容。全書共分7章，包括緒論、控制系統的數學模型、控制系統的時域分析、根軌跡法、頻域分析法、控制系統的校正方法、非線性系統分析。為了能夠使學生更有效地進行控制理論的學習和應用，《自動控制原理》在相關章節加入了基於MATLAB的計算機輔助分析和設計的內容。每章配有相應的習題。

1 緒論

1．1 自動控制理論及應用

1．2 自動控制理論的基本內容

1．3 自動控制系統的分類

1．3．1 按信號傳遞路徑分類

1．3．2 按控制作用的特點分類

1．3．3 控制系統的其他類型

1．4 自動控制系統的基本組成

1．5 自動控制系統的基本要求

小結

習題

2 控制系統的數學模型

2．1 系統動態微分方程模型

2．2 非線性數學模型的線性化

2．3 傳遞函數

2．3．1 傳遞函數的定義

2．3．2 傳遞函數的性質

2．3．3 傳遞函數的求取

2．3．4 典型環節的傳遞函數

2．3．5 控制系統的傳遞函數

2．4 系統結構圖及其等效變換

2．4．1 動態結構圖的概念

2．4．2 動態結構圖的繪製

2．4．3 動態結構圖的等效變換

2．5 信號流圖與梅遜公式

2．5．1 信號流圖的組成要素及其術語

2．5．2 信號流圖的繪製

2．5．3 梅遜（Mason）公式

2．6 在MATLAB中系統數學模型的表示

2．6．1 傳遞函數模型

2．6．2 零極點增益（ZPK）模型

2．6．3 系統數學模型之間的轉換

2．6．4 系統的連接

小結

習題

3 線性系統的時域分析法

3．1 典型輸入信號和時域性能指標

3．1．1 典型輸入信號

3．1．2 時域性能指標

3．2 一階系統的時域分析

3．2．1 一階系統的結構圖和數學模型

3．2．2 一階系統的單位階躍響應

3．2．3 一階系統的單位斜坡響應

3．2．4 一階系統的單位脈衝響應

3．3 二階系統的時域分析

3．3．1 二階系統的結構圖和數學模型

3．3．2 二階系統的單位階躍響應

3．3．3 二階系統的動態性能指標

3．4 高階系統的時域分析

3．4．1 高階系統的瞬態響應

3．4．2 閉環主導極點

3．5 線性系統的穩定性分析

3．5．1 穩定性的概念

3．5．2 線性系統穩定的充要條件

3．5．3 勞斯判據

3．5．4 控制系統的相對穩定性

3．6 線性系統的穩態性能分析

3．6．1 穩態誤差定義

3．6．2 控制系統的類型

3．6．3 給定穩態誤差的計算

3．6．4 擾動穩態誤差的計算

3．7 提高系統性能的方法

3．7．1 比例（P）控制

3．7．2 積分（I）控制

3．7．3 比例加積分（PI）控制

3．7．4 比例加微分（PD）控制

3．7．5 比例加積分加微分（PID）控制

3．8 用MATLAB進行線性系統的時域分析

3．8．1 應用MATLAB分析系統的穩定性

3．8．2 應用MATLAB進行部分分式展開

3．8．3 應用MATLAB分析系統的動態特性

3．8．4 用ltiview獲得響應曲線和性能指標

小結

習題

4 線性系統的根軌跡法

4．1 根軌跡的基本概念

4．1．1 根軌跡圖

4．1．2 根軌跡的幅值條件和相角條件

4．2 繪製根軌跡的規則和方法

4．3 廣義根軌跡

4．3．1 廣義根軌跡的繪製

4．3．2 多回路系統的根軌跡繪製

4．3．3 正反饋迴路的根軌跡

4．4 根軌跡的應用

4．4．1 分析系統的性能

4．4．2 閉環零、極點位置與系統瞬態響應的關係

4．4．3 增加開環零點、開環極點對根軌跡的影響

4．5 應用MATLAB進行根軌跡分析

4．5．1 繪製基本根軌跡圖

4．5．2 根軌跡分析系統性能

小結

習題

5 控制系統的頻率特性法

5．1 頻率特性的基本概念

5．1．1 頻率特性的定義

5．1．2 頻率特性的性質

5．1．3 頻率特性的表示方法

5．2 幅相頻率特性曲線（極座標圖）的繪製

5．2．1 典型環節頻率特性的極座標圖

5．2．2 系統開環幅相曲線（極座標圖）的繪製

5．2．3 開環幅相曲線的一般繪製規則

5．3 對數頻率特性曲線

5．3．1 典型環節的對數頻率特性圖

5．3．2 開環對數頻率特性的繪製

5．3．3 小相位系統

5．3．4 從伯德圖求開環傳遞函數

5．4 奈奎斯特（Nyquist）穩定判據

5．4．1 幅角原理

5．4．2 奈奎斯特穩定判據

5．4．3 奈奎斯特穩定判據在伯德圖上的應用

5．5 穩定裕度

5．6 開環頻率特性與系統性能指標的關係

5．6．1 閉環頻率特性及其性能指標

5．6．2 控制系統頻域指標與時域指標的關係

5．6．3 開環對數幅頻特性與系統動態性能的關係

5．7 用MATLAB進行頻域分析

小結

習題

6 控制系統的校正方法

6．1 前言

6．2 系統校正的基本概念

6．2．1 性能指標

6．2．2 校正方式

6．2．3 校正裝置的設計方法

6．3 串聯校正

6．3．1 超前校正

6．3．2 滯後校正

6．3．3 滯後-超前校正

6．3．4 超前、滯後和滯後-超前校正的比較

6．3．5 串聯校正的期望對數頻率特性設計法

6．3．6 串聯工程設計法

6．4 反饋校正

6．5 基於MATLAB的校正裝置頻域設計

小結

習題

7 非線性控制系統分析

7．1 非線性控制系統的基本概念和特點

7．1．1 典型非線性環節

7．1．2 非線性系統的特點

7．1．3 非線性系統的研究方法

7．2 描述函數法

7．2．1 描述函數的基本思想與應用前提

7．2．2 描述函數的定義

7．2．3 典型非線性特性的描述函數

7．2．4 組合非線性環節的描述函數

7．2．5 基於描述函數的非線性系統穩定性分析

7．2．6 非線性系統存在週期運動時的穩定性分析

7．3 相平面法

7．3．1 基本概念

7．3．2 相平面圖繪製方法

7．3．3 相平面、相軌跡的特點

7．3．4 線性系統基本的相軌跡

7．3．5 非線性系統的相平面分析

7．3．6 非線性系統相平面分區線性化方法

7．4 用MATLAB進行非線性控制系統分析

7．4．1 非線性系統的線性化

7．4．2 直接求解非線性微分方程

7．4．3 運用Simulink分析非線性系統時域響應

小結

習題

附錄A 拉普拉斯變換

A．1 拉氏變換的概念

A．1．1 拉氏變換的定義式

A．1．2 常用函數的拉氏變換

A．2 拉氏變換的性質

A．2．1 線性性質

A．2．2 微分性質

A．2．3 積分性質

A．2．4 位移性質

A．2．5 延遲性質

A．2．6 相似性質

A．2．7 初值定理

A．2．8 終值定理

A．3 拉氏反變換

A．3．1 F（s）的所有極點都是不相等的實數

A．3．2 F（s）的極點包含有共軛複數

A．3．3 F（s）的極點包含有相等的實數

附錄B 常用函數的拉普拉斯變換

參考文獻