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自動(dòng)控制原理

自動(dòng)控制原理

定　價(jià)：￥32.00

作　者： 田玉平主編；田玉平，蔣珉，李世華編著
出版社： 電子工業(yè)出版社
叢編項(xiàng)： 21世紀(jì)高等學(xué)校電子信息類教材
標(biāo)　簽： 自動(dòng)控制理論
ISBN： 9787505379558 出版時(shí)間： 2002-08-01 包裝： 平裝
開本： 26cm 頁(yè)數(shù)： 414 字?jǐn)?shù)：  

內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　本書系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)控制的基本理論。全書共八章。第1章介紹自動(dòng)控制的一些基本概念，第2章介紹連續(xù)和離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，第3章介紹基于系統(tǒng)辨識(shí)的建模方法，第4章介紹控制系統(tǒng)基于時(shí)域和頻域的穩(wěn)定性分析方法，第5章介紹控制系統(tǒng)的時(shí)域運(yùn)動(dòng)性能分析，第6章介紹連續(xù)和離散系統(tǒng)的校正方法，第7章介紹線性連續(xù)和離散控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合，最后一章介紹非線性控制系統(tǒng)的分析方法，主要是描述函數(shù)法和相平面法。本書的特色在于不是采用傳統(tǒng)的編排方式，即按照經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制兩部分劃分的體系，而是按照控制理論的三個(gè)任務(wù)，即系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析（主要包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能分析、穩(wěn)定性分析以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析）和系統(tǒng)綜合校正、來(lái)統(tǒng)一編排內(nèi)容。本書作為高等院校包括電工電子類在內(nèi)的電類各專業(yè)以及非電類相關(guān)專業(yè)本科生的教材，亦可供從事自動(dòng)控制科研工作的專業(yè)工程技術(shù)人員自學(xué)和參考?！蹲詣?dòng)控制原理》不僅是電類學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，而且在機(jī)械、化工等非電類工程專業(yè)的課程設(shè)置中也占有重要地位。近年來(lái)，甚至是生物和經(jīng)濟(jì)類專業(yè)的學(xué)生中也多有選修這一課程的。自動(dòng)控制原理教材的編寫歷來(lái)受到國(guó)內(nèi)高校和學(xué)術(shù)界的重視，已出版了許多不同版本的教材，其中有些優(yōu)秀版本已被廣泛采用。這些教材從使用對(duì)象考慮，通常分為自動(dòng)化專業(yè)類和非自動(dòng)化專業(yè)類。自動(dòng)化專業(yè)類的教材一般較為深入和詳盡，而非自動(dòng)化專業(yè)類的教材通常較為淺易和簡(jiǎn)略。從教材的編排方式看，通常又分為兩種。第一種方式是將教學(xué)內(nèi)容分為所謂“經(jīng)典”和“現(xiàn)代”兩部分。經(jīng)典部分介紹基于輸入—輸出模型（傳遞函數(shù)）的建模、分析與校正方法，現(xiàn)代部分介紹基于狀態(tài)空間模型的建模、分析與綜合方法。第二種方式試圖打破經(jīng)典與現(xiàn)代的界限，將兩部分內(nèi)容糅合在一起。不過(guò)，由于基于傳遞函數(shù)的方法和基于狀態(tài)方程的方法之間存在著明顯的差異，要將它們完全融為一體，是相當(dāng)困難的，實(shí)際上也是不必要的。其實(shí)，之所以產(chǎn)生“經(jīng)典”和“現(xiàn)代”的差別，是因?yàn)槲覀冞^(guò)多地關(guān)注了自動(dòng)控制理論的歷史形成過(guò)程，或者說(shuō)，過(guò)多地關(guān)注了這一理論發(fā)展過(guò)程中所形成的不同方法。正是由于這一原因，即使在經(jīng)典控制理論這一部分，也要將根軌跡法和頻率特性法分章介紹。如果我們將目光轉(zhuǎn)向控制理論的自身內(nèi)容和體系，不難注意到，控制理論是由三部分——系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析（主要包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能分析、穩(wěn)定性分析以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析）和系統(tǒng)綜合校正——有機(jī)組合而成的，所有不同的方法都是為了完成這三方面的某些任務(wù)。因此，一種自然的教材編排方式是根據(jù)控制理論的上述三個(gè)任務(wù)而不是各種方法來(lái)劃分章節(jié)。這樣做的好處，一方面可以避免在介紹不同方法時(shí)重復(fù)敘述相同的問(wèn)題，因而節(jié)省了教材篇幅和教學(xué)用時(shí)；另一方面，可以在同一章針對(duì)同一問(wèn)題講解和比較不同方法，使讀者或?qū)W生融會(huì)貫通，加深理解。促使我們完成這一改革方案的契機(jī)是以東南大學(xué)為主承擔(dān)的面向21世紀(jì)教育部高等工程教育項(xiàng)目——“電工電子系列課程教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革的研究與實(shí)踐”的實(shí)施。這是一個(gè)力圖使我國(guó)電工電子類專業(yè)（國(guó)外稱為EE）的高等教育盡快適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)需要的教改計(jì)劃。根據(jù)這一項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想，《自動(dòng)控制原理》將作為平臺(tái)課程之一向包括電工電子類在內(nèi)的電類各相關(guān)專業(yè)講授。這就意味著傳統(tǒng)意義上的“自動(dòng)化類”和“非自動(dòng)化類”的界限將變得模糊。如果采用原來(lái)的自動(dòng)化專業(yè)類教材作為平臺(tái)課程的教材，難免有些專業(yè)的學(xué)生會(huì)覺(jué)得難以“消化”。而且作為平臺(tái)課，課時(shí)顯然不宜過(guò)多，而在較少的課時(shí)下采用傳統(tǒng)的（通常是上、下兩冊(cè)的）教材，也是不現(xiàn)實(shí)的。如果采用原來(lái)的非自動(dòng)化專業(yè)類教材，則有些專業(yè)（如自動(dòng)化專業(yè)）又會(huì)有“吃不飽”的感覺(jué)，而且這些教材很難和自動(dòng)化專業(yè)后續(xù)的有關(guān)控制理論的課程相銜接。因此，編寫一本適合平臺(tái)課的新教材就成了我們實(shí)施教改計(jì)劃的當(dāng)務(wù)之急。授完本書的全部?jī)?nèi)容約需80學(xué)時(shí)，但根據(jù)專業(yè)需要和課時(shí)的限制，本書可以按多種“套餐”方式講授。對(duì)于64課時(shí)的課程，建議按以下兩種方式講授：第一種方式講授第1，2，3，4，5，6，7，8章，第二種方式講授第1，2，3，4，5，6，7章。對(duì)于48課時(shí)的課程，也可以按兩種方式講授，第一種方式講授第1，2，3，4，5，6，7，8章，第二種方式講授第1，2，4，5，7章。上述各種方式都可自成一體。第一種方式可能更適合自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，因?yàn)閷?duì)于這些專業(yè)的學(xué)生，有些內(nèi)容，如系統(tǒng)辨識(shí)、狀態(tài)空間法等，可在后續(xù)課程中深入學(xué)習(xí)。第二種方式省去了非線性系統(tǒng)等內(nèi)容，卻包含了線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容，使得線性系統(tǒng)的控制原理得以較為完整地講授，因此它可能更適合非自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，因?yàn)閷?duì)他們而言，可能不會(huì)有更多的后續(xù)課程來(lái)補(bǔ)充控制理論方面的知識(shí)。本書是在主編者的教學(xué)講義基礎(chǔ)上編寫而成的。第1，2，6，7章由田玉平執(zhí)筆，第3，4，5章由蔣珉執(zhí)筆，第8章由李世華執(zhí)筆。全書由田玉平統(tǒng)稿審定。本書的編寫和出版得到電子工業(yè)出版社和東南大學(xué)的大力支持和資助，東南大學(xué)自動(dòng)控制系劉京南教授、東南大學(xué)無(wú)線電系鄒家祿教授對(duì)作者的工作給予許多幫助和鼓勵(lì)，書中插圖的計(jì)算機(jī)繪制由編者們的幾位研究生完成。對(duì)此，謹(jǐn)致誠(chéng)摯的謝意！限于作者水平，書中不妥和疏漏之處恐難避免，切望讀者批評(píng)指正。

作者簡(jiǎn)介

　　田玉平，東南大學(xué)自動(dòng)控制系教授，博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)江學(xué)者計(jì)劃特聘教授。1986年清華大學(xué)自動(dòng)化系本科畢業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位；1991年莫斯科動(dòng)力學(xué)院自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)系研究畢業(yè)，獲前蘇聯(lián)自動(dòng)控制專業(yè)哲學(xué)博士學(xué)位；1996年獲俄羅斯技術(shù)科學(xué)博士學(xué)位。曾獲全國(guó)第二屆關(guān)肇直獎(jiǎng)、第三屆全球智能控制與自動(dòng)化大會(huì)最佳理論論文獎(jiǎng)和第七屆霍英東教育基金。

圖書目錄

第1章緒論1
11引言1
12自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成1
13閉環(huán)控制和開環(huán)控制3
14控制系統(tǒng)的分類4
141恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)4
142線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)4
143定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)5
144連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)5
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述7
21引言7
22列寫輸入—輸出運(yùn)動(dòng)方程7
221機(jī)械系統(tǒng)8
222電路系統(tǒng)11
223機(jī)電系統(tǒng)12
224液位系統(tǒng)13
23傳遞函數(shù)與系統(tǒng)框圖14
231傳遞函數(shù)14
232方框圖15
233典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)18
234方框圖化簡(jiǎn)22
24信號(hào)流圖與梅遜公式24
241信號(hào)流圖24
242梅遜公式26
25頻率特性函數(shù)29
251頻率特性函數(shù)的定義29
252頻率特性的圖示方法30
253典型環(huán)節(jié)的頻率特性34
254復(fù)雜頻率特性圖的繪制41
26狀態(tài)空間模型47
261狀態(tài)47
262狀態(tài)空間48
263狀態(tài)方程和輸出方程48
264狀態(tài)空間模型與輸入—輸出模型之間的關(guān)系53
27采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述59
271采樣控制系統(tǒng)59
272信號(hào)采樣與恢復(fù)61
273采樣系統(tǒng)的差分方程描述64
274Z變換66
275脈沖傳遞函數(shù)71
276離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型76
習(xí)題78
第3章基于系統(tǒng)辨識(shí)的建模方法86
31系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念86
311系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題86
312系統(tǒng)辨識(shí)的任務(wù)及分類87
313系統(tǒng)辨識(shí)的基本步驟87
32最小二乘參數(shù)估計(jì)88
321最小二乘法原理89
322最小二乘估計(jì)的批處理算法91
323最小二乘估計(jì)量?耐臣菩災(zāi)?93
33最小二乘參數(shù)估計(jì)的遞推算法及其推廣94
331最小二乘估計(jì)的遞推算法94
332最小二乘估計(jì)的漸消記憶遞推算法97
333參數(shù)個(gè)數(shù)的遞推99
34系統(tǒng)建模的計(jì)算機(jī)仿真算法101
341模型的階次與階次辨識(shí)101
342損失函數(shù)檢驗(yàn)法102
343系統(tǒng)建模的計(jì)算機(jī)仿真算法步驟104
習(xí)題104
第4章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析106
41穩(wěn)定性的概念和定義106
42線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件110
421狀態(tài)空間模型110
422輸入—輸出模型111
423離散控制系統(tǒng)113
43系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)115
431連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)及其應(yīng)用115
432離散系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)123
44根軌跡圖及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析128
441根軌跡圖的基本?拍?129
442幅值條件和幅角條件130
443繪制根軌跡的基本法則132
444根軌跡圖的繪制及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析141
45奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)145
451幅角定理145
452奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)149
453開環(huán)系統(tǒng)含有積分環(huán)節(jié)時(shí)判據(jù)的應(yīng)用153
454奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)在波德圖中的表示形式156
455穩(wěn)定裕度157
46利用MATLAB進(jìn)行穩(wěn)定性繪圖分析161
習(xí)題164
第5章控制系統(tǒng)的時(shí)域運(yùn)動(dòng)性能分析169
51典型輸入信號(hào)169
52控制系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的求解171
521利用傳遞函數(shù)求解輸出響應(yīng)172
522利用Ｚ變換法求解差分方程的輸出響應(yīng)174
523利用狀態(tài)空間模型求解線性定常系統(tǒng)176
524利用狀態(tài)空間模型求解線性離散系統(tǒng)187
53控制系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析191
531瞬態(tài)性能指標(biāo)191
532一階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析193
533典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析195
534高階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析212
54控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析214
541控制系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差214
542誤差的數(shù)學(xué)模型216
543穩(wěn)態(tài)誤差分析與靜態(tài)誤差系數(shù)217
544控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差223
545擾動(dòng)輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差227
546減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施229
547離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差230
55利用MATLAB進(jìn)行時(shí)域分析234
551MATLAB時(shí)域響應(yīng)命令234
552時(shí)域響應(yīng)命令的應(yīng)用236
553SIMULINK仿真簡(jiǎn)介241
習(xí)題246
第6章系統(tǒng)校正方法251
61引言251
62系統(tǒng)校正的根軌跡法253
621增加零、極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響253
622根軌跡校正舉例255
623校正裝置的實(shí)現(xiàn)260
63系統(tǒng)校正的頻率響應(yīng)法261
631開環(huán)頻率特性與時(shí)域性能指標(biāo)間的關(guān)系261
632頻率特性法校正舉例265
64基本控制規(guī)律分析274
641比例控制規(guī)律274
642積分控制規(guī)律275
643比例加積分控制規(guī)律276
644比例加微分控制規(guī)律277
645比例加積分加微分控制規(guī)律278
646PID控制器的參數(shù)調(diào)整280
65局部反饋校正281
66離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)校正285
661概述285
662離散系統(tǒng)校正的根軌跡法285
663離散系統(tǒng)校正的頻域法286
664離散系統(tǒng)的最少拍校正法288
習(xí)題294
第7章線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合297
71特征值規(guī)范型297
711對(duì)角線規(guī)范型297
712約當(dāng)規(guī)范型301
72狀態(tài)能控性305
721狀態(tài)能控性定義305
722能控性判據(jù)307
73狀態(tài)能觀性313
731狀態(tài)能觀性定義313
732能觀性判據(jù)314
733對(duì)偶原理317
74離散系統(tǒng)的能控性和能觀性317
75控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分解318
751按能控性分解318
752按能觀性分解324
753按能控性和能觀性分解327
76能控規(guī)范型和能觀規(guī)范型329
761能控規(guī)范型330
762能觀規(guī)范型331
77狀態(tài)反饋與輸出反饋333
771狀態(tài)反饋和輸出反饋的概念333
772狀態(tài)反饋和輸出反饋對(duì)系統(tǒng)能控性和能觀性的影響335
78閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置336
781極點(diǎn)配置問(wèn)題336
782極點(diǎn)配置定理338
783極點(diǎn)配置的阿克曼(Ackermann)公式342
784基于輸出反饋的極點(diǎn)配置344
785鎮(zhèn)定問(wèn)題345
79狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)348
791全維狀態(tài)觀測(cè)器348
792降維觀測(cè)器352
710帶有狀態(tài)觀測(cè)器的反饋控制系統(tǒng)356
習(xí)題360
第8章非線性控制系統(tǒng)365
81概述365
82描述函數(shù)法370
83相平面法387
84利用非線性特性改善系統(tǒng)的性能408
習(xí)題409
參考文獻(xiàn)〖HT〗414

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