自動控制原理

《自動化專業本科系列教材·自動控制原理》是由重慶大學出版社出版的。

本書是自動化專業本科系列教材之一。根據系列教材內容的分工，本書講述自動控制理論中的經典控制理論部分，作為80學時的《自動控制原理》課程的教材，並和《現代控制理論》教材一起，向學生講授自動控制系統分析和設計的基本理論和方法。

在編寫中，特別考慮了以下幾點：

1．處理和《信號與系統》的關係，注意和《信號與系統》內容的銜接，避免不必要的重複。這樣有利於突出自動控制系統作為一種特定的反饋系統自身的特點和相應的分析設計方法。

2．處理分析和設計的關係。工科學生學習自動控制理論的目的主要在於應用。對於工科學生應當強調設計與綜合能力的培養。特別是在學生已經有了《信號與系統》關於系統基本分析方法基礎的情況下，更應如此。所以本教材以設計為主線來講述自動控制的基本理論。當然，分析是設計的基礎。自動控制系統的基本分析方法是學生首先應當掌握的。而在自動控制系統的分析中，響應特性的分析比響應的求解更重要。為此，本書以極點零點為線索講述系統的基本分析方法。

3．處理和計算機輔助設計軟件的關係。近年來，控制界正越來越普遍地使用M．ATLAB等計算機軟件來解決控制系統分析和設計的各種問題。一方面，MATLAB的這種應用必須以自動控制理論為基礎。另一方面，它的應用也使自動控制理論中的一些難於應用的方法變得容易應用了；同時，又使在手工計算和圖解時的一些非常重要的方法和規則變得不那麼重要了。考慮到自動控制理論和MATLAB之間的這種“互動”關係，儘管作為一本自動控制理論課程的教材，其任務不是教會學生使用MATLAB，本書仍然指出了MATLAB的一些可能的應用。同時，也儘可能反映MATLJAB等計算機軟件對於控制系統分析設計方法的影響。

第1章 自動控制系統的基本概念

1.1 自動控制系統及其作用

1.2 開環控制系統和閉環控制系統

1.3 控制系統的構成

1.4 自動控制系統的分類和應用

1.5 自動控制理論發展簡史

1.6 自動控制系統的分析和設計與本書的主要內容

小結

習題

第2章 物理系統的數學模型

2.1 引言

2.2 系統的微分方程模型

2.3 非線性系統微分方程模型的線性化

2.4 傳遞函數

2.5 系統的結構圖及其等效變換

2.6 自動控制系統的傳遞函數

2.7 信號流圖

小結

習題

第3章 系統的時間響應

3.1 引言

3.2 系統的極點零點和自然響應

3.3 標準二階系統的時間響應 以極點表示的性能指標

3.4 增加零點和極點的影響

小結

習題

第4章 系統的反饋控制及其特性

4.1 引言

4.2 反饋的作用

4.3 反饋控制系統的指標

4.4 系統穩定性的概念 漸近穩定性和BIBO穩定性

4.5 勞斯穩定判據

4.6 穩態誤差和系統的類型

4.7 反饋控制作用的類型

4.8 靈敏度函數和控制性能

小結

習題

第5章 根軌跡設計方法

5.1 引言

5.2 根軌跡的基本概念

5.3 根軌跡的作圖

5.4 根軌跡作圖方法的擴展

5.5 由根軌跡選擇增益

5.6 串聯超前和滯後校正

5.7 反饋校正

小結

習題

第6章 頻率響應設計方法

6.1 頻率響應的基本概念和表示方法

6.2 典型環節的頻率特性

6.3 系統開環頻率特性的繪製

6.4 用頻率法分析控制系統的穩定性

6.5 系統瞬態特性和開環頻率特性的關係

6.6 閉環系統頻率特性

6.7 系統瞬態特性和閉環頻率特性的關係

6.8 串聯校正

6.9 反饋校正

6.10 前饋校正

小結

習題

第7章 數字控制系統

7.1 引言

7.2 數字控制系統的構成

7.3 數字計算機的數學模型

7.4 脈衝傳遞函數

7.5 採樣數據系統的結構圖分析

7.6 自然響應和穩定性

7.7 終值定理和系統的穩態誤差

7.8 數字控制器的連續設計法

7.9 數字控制器的離散設計法

7.10 數字控制器的直接設計法

小結

習題

第8章 非線性控制系統

8.1 非線性特性與非線性系統

8.2 相平面法的基本概念和奇點

8.3 相軌跡圖的繪製

8.4 非線性系統的穩定性

8.5 非線性系統的相平面分析

8.6 描述函數法的基本概念

8.7 描述函數的推導

8.8 非線性系統的描述函數分析

8.9 Popov穩定判據

小結

習題

附錄

附錄A 控制系統設計步驟和實例研究

A.1 控制系統設計步驟

A.2 控制系統設計實例研究

附錄B 拉普拉斯變換的性質和拉普拉斯變換表

附錄C z變換的性質和z變換表

附錄D MATLAB指令

參考文獻