自動控制原理及應用

第1章自動控制的基本概念001
1.1概述001
1.2自動控制的基本原理002
1.2.1自動控制系統(tǒng)舉例002
1.2.2自動控制系統(tǒng)的構成004
1.3控制系統(tǒng)的控制方式005
1.3.1開環(huán)控制005
1.3.2閉環(huán)控制005
1.3.3復合控制006
1.4控制系統(tǒng)的分類006
1.4.1按輸入信號的變化規(guī)律分006
1.4.2按系統(tǒng)傳輸?shù)男盘柼卣鞣?07
1.4.3按系統(tǒng)各環(huán)節(jié)輸入-輸出關系的特征分007
1.4.4按系統(tǒng)參數(shù)的變化特征分007
1.5對控制系統(tǒng)的性能要求008
1.5.1穩(wěn)定性能008
1.5.2動態(tài)性能008
1.5.3穩(wěn)態(tài)性能008
習題009
第2章控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立011
2.1控制系統(tǒng)微分方程的建立011
2.1.1典型控制系統(tǒng)舉例012
2.1.2線性系統(tǒng)的重要性質(zhì)014
2.1.3線性系統(tǒng)微分方程的通用形式015
2.1.4非線性微分方程的線性化015
2.2線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)017
2.2.1傳遞函數(shù)的定義017
2.2.2傳遞函數(shù)的性質(zhì)018
2.2.3典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)019
2.3控制系統(tǒng)結構圖024
2.3.1結構圖的構成要素024
2.3.2控制系統(tǒng)結構圖的建立025
2.3.3結構圖的等效變換027
2.4控制系統(tǒng)的信號流圖030
2.4.1信號流圖030
2.4.2梅森增益公式031
2.5閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)032
2.5.1閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)032
2.5.2系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)032
2.5.3閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)033
2.5.4閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程034
習題035
第3章時域分析法039
3.1典型輸入信號039
3.2瞬態(tài)響應分析041
3.2.1一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應041
3.2.2二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應042
3.2.3時域性能指標045
3.2.4二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標046
3.2.5二階系統(tǒng)性能的改善048
3.2.6高階系統(tǒng)的近似分析049
3.3穩(wěn)定性分析050
3.3.1穩(wěn)定性的基本概念050
3.3.2線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件051
3.3.3勞斯判據(jù)051
3.4穩(wěn)態(tài)誤差分析055
3.4.1穩(wěn)態(tài)誤差的概念055
3.4.2穩(wěn)態(tài)誤差的計算056
3.4.3減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施061
習題063
第4章根軌跡分析法065
4.1根軌跡的概念065
4.1.1根軌跡065
4.1.2根軌跡方程066
4.2根軌跡的繪制068
4.2.1繪制根軌跡的基本規(guī)則068
4.2.2繪制根軌跡舉例075
4.3廣義根軌跡的繪制077
4.3.1參變量根軌跡的繪制077
4.3.2正反饋系統(tǒng)軌跡的繪制080
4.4控制系統(tǒng)的根軌跡分析081
4.4.1增加開環(huán)極點對控制系統(tǒng)的影響081
4.4.2增加開環(huán)零點對控制系統(tǒng)的影響082
4.4.3閉環(huán)極點的位置與系統(tǒng)性能的關系083
4.4.4用根軌跡分析系統(tǒng)的動態(tài)性能083
習題085
第5章頻域分析法087
5.1頻率特性087
5.1.1頻率特性的基本概念087
5.1.2頻率特性的求取088
5.2頻率特性的圖示方法090
5.2.1極坐標圖090
5.2.2對數(shù)坐標圖095
5.3頻域穩(wěn)定性判據(jù)101
5.3.1開環(huán)頻率特性與閉環(huán)特征方程的關系101
5.3.2幅角原理102
5.3.3奈奎斯特判據(jù)103
5.3.4對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)106
5.4系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度107
5.4.1相位裕度107
5.4.2幅值裕度108
5.5頻域性能指標與瞬態(tài)性能指標之間的關系109
5.5.1開環(huán)頻域性能指標與瞬態(tài)性能指標之間的關系109
5.5.2閉環(huán)頻域性能指標與瞬態(tài)性能指標之間的關系111
習題112
第6章線性控制系統(tǒng)的校正115
6.1系統(tǒng)的性能指標與校正方式115
6.1.1系統(tǒng)的性能指標115
6.1.2校正方式115
6.2常用校正裝置及其特性116
6.2.1無源校正裝置116
6.2.2有源校正裝置120
6.3串聯(lián)校正121
6.3.1校正方法122
6.3.2串聯(lián)超前校正122
6.3.3串聯(lián)滯后校正125
6.3.4串聯(lián)滯后-超前校正126
6.3.5PID校正128
習題130
第7章離散控制系統(tǒng)132
7.1離散控制系統(tǒng)的基本結構132
7.2信號采樣過程與采樣定理133
7.2.1信號的采樣133
7.2.2采樣定理134
7.2.3信號的恢復135
7.3Z變換理論137
7.3.1Z變換定義137
7.3.2Z變換的性質(zhì)137
7.3.3Z變換方法138
7.3.4Z反變換方法141
7.4離散控制系統(tǒng)的數(shù)學描述143
7.4.1差分的定義143
7.4.2差分方程144
7.4.3差分方程的解法144
7.4.4脈沖傳遞函數(shù)145
7.5離散控制系統(tǒng)的分析150
7.5.1穩(wěn)定性分析150
7.5.2穩(wěn)態(tài)誤差153
7.5.3瞬態(tài)響應156
7.6離散系統(tǒng)的數(shù)字控制器設計157
7.6.1數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)157
7.6.2最少拍設計158
習題160
第8章非線性控制系統(tǒng)163
8.1概述163
8.2典型非線性特性與特點164
8.2.1典型非線性特性164
8.2.2非線性系統(tǒng)的特點165
8.3相平面分析法166
8.3.1相平面法的概念167
8.3.2相軌跡的繪制方法167
8.3.3相軌跡的特點170
8.3.4由相軌跡求時間響應曲線170
8.3.5奇點和極限環(huán)171
8.3.6相平面分析舉例174
8.4描述函數(shù)分析法179
8.4.1描述函數(shù)的基本思想179
8.4.2描述函數(shù)法的表示式179
8.4.3典型非線性元件的描述函數(shù)180
8.4.4用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)186
習題191
第9章應用MATLAB的控制系統(tǒng)分析193
9.1應用MATLAB建立控制系統(tǒng)數(shù)學模型193
9.1.1控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立與轉換193
9.1.2各系統(tǒng)模型連接后的等效模型195
9.1.3應用Simulink求控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)195
9.2應用MATLAB進行控制系統(tǒng)時域分析196
9.2.1繪制系統(tǒng)的響應曲線與讀取動態(tài)性能指標196
9.2.2系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析198
9.2.3系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析199
9.3應用MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡200
9.4應用MATLAB進行控制系統(tǒng)頻域分析202
9.4.1對數(shù)坐標圖的繪制202
9.4.2極坐標圖的繪制204
9.5應用MATLAB進行線性系統(tǒng)校正204
9.5.1應用MATLAB程序進行系統(tǒng)校正205
9.5.2Simulink環(huán)境下的系統(tǒng)設計和校正206
9.6MATLAB在離散控制系統(tǒng)中的應用207
9.6.1連續(xù)系統(tǒng)的離散化207
9.6.2離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析208
9.6.3離散控制系統(tǒng)的最少拍設計211
9.7MATLAB在非線性控制系統(tǒng)中的應用212
9.7.1基于Simulink非線性控制系統(tǒng)的相平面分析212
9.7.2利用MATLAB判斷非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性及自持振蕩213
附錄部分習題參考答案215
參考文獻221