自動控制原理與技術

1 緒論
　1.1 引言
　1.2 自動控制的基本概念
1.2.1 人工控制與自動控制
1.2.2 開環(huán)控制系統(tǒng)
1.2.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.2.4 自動控制系統(tǒng)的特征和定義
　1.3 自動控制系統(tǒng)的組成
1.3.1 基本組成部分
1.3.2 自動控制系統(tǒng)中常用的名詞術語
　1.4 自動控制系統(tǒng)的分類
1.4.1 按輸入信號的特征分類
1.4.2 按描述元件的動態(tài)方程分類
1.4.3 按信號的傳遞是否連續(xù)分類
1.4.4 按系統(tǒng)的參數(shù)是否隨時間而變化分類
　1.5 自動控制系統(tǒng)的應用實例
1.5.1 蒸汽機轉速自動控制系統(tǒng)
1.5.2 爐溫自動控制系統(tǒng)
1.5.3 導彈發(fā)射架的方位控制系統(tǒng)
1.5.4 船舶隨動舵的控制系統(tǒng)
1.5.5 火炮、雷達天線的方位控制系統(tǒng)
　1.6 對自動控制系統(tǒng)的基本要求及本課程的研究內(nèi)容
1.6.1 對自動控制系統(tǒng)的基本要求
1.6.2 本課程的研究內(nèi)容
　1.7 計算機輔助設計與仿真工具MATLAB軟件簡介
1.7.1 MATLAB的操作界面簡介
1.7.2 MATLAB中的命令和函數(shù)
1.7.3 MATLAB中的常量和變量
1.7.4 MATLAB中的運算符
1.7.5 繪制響應曲線
1.7.6 SIMUUNK簡介
　本章小結
　習題
2 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
　2.1 控制系統(tǒng)的微分方程
2.1.1 線性元件的微分方程
2.1.2 微分方程的增量化表示
2.1.3 非線性微分方程的線性化
2.1.4 線性系統(tǒng)微分方程的編寫
　2.2 傳遞函數(shù)
2.2.1 傳遞函數(shù)的概念和定義
2.2.2 用復數(shù)阻抗法求電網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)
2.2.3 關于傳遞函數(shù)的幾點說明
　2.3 控制系統(tǒng)的結構圖及其等效變換
2.3.1 結構圖的基本概念
2.3.2 結構圖的組成和建立
　2.4 自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.4.1 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)
2.4.2 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.4.3 閉環(huán)系統(tǒng)的偏差傳遞函數(shù)
　2.5 信號流圖
2.5.1 信號流圖采用的一些符號及術語
2.5.2 信號流圖的等效變換法則
2.5.3 梅遜公式及其應用舉例
　本章小結
　習題
3 自動控制系統(tǒng)的時域分析
　3.1 穩(wěn)定性和代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)
3.1.1 穩(wěn)定的概念和線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
3.1.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
3.1.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應用
　3.2 典型輸入信號和階躍響應性能指標
3.2.1 典型輸入信號
3.2.2 階躍響應性能指標
　3.3 一階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標
3.3.1 一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應
3.3.2 一階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標
　3.4 二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標
3.4.1 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應
3.4.2 二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標
3.4.3 二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標與系統(tǒng)參數(shù)的關系
　3.5 高階系統(tǒng)的時域分析
3.5.1 閉環(huán)系統(tǒng)主導極點
3.5.2 高階系統(tǒng)的主導極點分析
　3.6 穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義
3.6.2 控制系統(tǒng)的型別
3.6.3 給定輸入信號作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.4 擾動輸入作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.5 提高穩(wěn)態(tài)精度的措施
　3.7 控制系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)
3.7.1 控制系統(tǒng)單位階躍響應
3.7.2 控制系統(tǒng)單位沖激響應
3.7.3 系統(tǒng)在其他輸入下控制系統(tǒng)時域響應
3.7.4 應用Simulink分析系統(tǒng)的時域響應
　本章小結
　習題
4 自動控制系統(tǒng)的根軌跡分析法
　4.1 根軌跡分析法概述
4.1.1 根軌跡的概念
4.1.2 繪制根軌跡的相角條件和輻值條件
　4.2 根軌跡的繪制方法
4.2.1 根軌跡的分支數(shù)
4.2.2 根軌跡的連續(xù)性和對稱性
4.2.3 根軌跡的起點（k=0）和終點（k=oc）
4.2.4 實軸上的根軌跡
4.2.5 根軌跡的漸近線
4.2.6 根軌跡的分離點
4.2.7 根軌跡的起始角與終止角
4.2.8 根軌跡與虛軸的交點
　4.3 根軌跡分析在MATLAB中的實現(xiàn)
4.3.1 繪制系統(tǒng)零極點圖的函數(shù)pzmap（）
4.3.2 繪制系統(tǒng)根軌跡的函數(shù)rlocus（）
4.3.3 求取根軌跡上指定點處的增益函數(shù)rolcfind（）
　本章小結
　習題
5 自動控制系統(tǒng)的頻率特性分析法
　5.1 頻率特性的基本概念
5.1.1 頻率特性的定義
5.1.2 頻率特性的求取方法
5.1.3 頻率特性的圖示方法
　5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
5.2.1 比例環(huán)節(jié)
5.2.2 積分環(huán)節(jié)
5.2.3 微分環(huán)節(jié)
5.2.4 慣性環(huán)節(jié)
5.2.5 一階微分環(huán)節(jié)
5.2.6 振蕩環(huán)節(jié)
5.2.7 二階微分環(huán)節(jié)
5.2.8 延遲環(huán)節(jié)
5.2.9 非最小相位環(huán)節(jié)
　5.3 系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性
5.3.1 系統(tǒng)開環(huán)幅相頻率特性的繪制
5.3.2 系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性的繪制
　5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.4.1 輔助函數(shù)和奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)在I型和Ⅱ型中的應用
5.4.3 在伯德圖上判別閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
5.4.4 多回路系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
　5.5 穩(wěn)定裕度
5.5.1 相角裕度
5.5.2 幅值裕度
　5.6 利用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)性能
5.6.1 L（w）低頻漸近線與系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的關系
5.6.2 L（w）中頻段的斜率與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關系
5.6.3 開環(huán)頻率特性和系統(tǒng)動態(tài)性能的關系
5.6.4 L（w）的高頻段對系統(tǒng)性能的影響
5.6.5 結論
　本章小結
　習題
6 自動控制系統(tǒng)的校正
　6.1 自動控制系統(tǒng)性能改善概述
6.1.1 自動控制系統(tǒng)校正的概念
6.1.2 校正的實質
6.1.3 校正方案的確定
6.1.4 系統(tǒng)性能指標的確定
　6.2 提高系統(tǒng)準確性的校正方法
6.2.1 引入輸入補償方法
6.2.2 引入擾動補償方法
　6.3 改善系統(tǒng)動態(tài)性能的校正方法
6.3.1 引入速度負反饋的系統(tǒng)校正方法
6.3.2 引入串聯(lián)校正裝置的系統(tǒng)校正方法
6.3.3 反饋校正方法
　6.4 PID調節(jié)器
6.4.1 PID的基本控制作用
6.4.2 PID控制器的參數(shù)確定
　6.5 MATIAB在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應用
6.5.1 根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的極點（特征根）判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性
6.5.2 利用根軌跡判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性
6.5.3 利用頻率特性判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性
6.5.4 計算相角裕度和幅值裕度
本章小結
習題
附錄
　附錄Ⅰ 常用函數(shù)拉氏變換表
　附錄Ⅱ 拉氏變換的一些定理
　附錄Ⅲ MATLAB函數(shù)命令索引表