普通高等教育电气工程与自动化(应用型)“十三五”规划教材自动控制原理(第3版)/李晓秀等

前 言1章 绪论1 1.1 自动控制理论及其发展简史1 1.2 自动控制系统的基本原理和组成2 1.2.1 自动控制系统的基本原理2 1.2.2 自动控制系统的组成3 1.3 自动控制系统的分类4 1.3.1 按控制系统的结构分类4 1.3.2 按系统输出信号的变化规律分类5 1.3.3 按系统传输信号的特性分类6 1.3.4 按系统传输信号的时间性质分类7 1.4 对自动控制系统性能的基本要求7 小结8 习题9 2章 控制系统的数学模型10 2.1 微分方程10 2.1.1 微分方程的建立10 2.1.2 非线性微分方程的线性化11 2.1.3 线性定常微分方程的求解13 2.2 传递函数14 2.2.1 传递函数的基本概念14 2.2.2 典型环节及其传递函数15 2.2.3 传递函数的求取19 2.3 结构图20 2.3.1 结构图的基本概念20 2.3.2 结构图的等效变换及化简23 2.3.3 闭环控制系统的传递函数28 2.4 信号流图30 2.4.1 信号流图的符号及术语30 2.4.2 信号流图与结构图的关系31 2.4.3 梅逊公式及其应用32 2.5 MATLAB中数学模型的表示33 2.5.1 传递函数模型的MATLAB表示33 2.5.2 结构图模型的MATLAB表示35 小结36 习题36 3章 时域分析法41 3.1 典型输入信号和时域性能指标41 3.1.1 典型输入信号41 3.1.2 时域性能指标43 3.2 控制系统的稳定性分析44 3.2.1 稳定性的概念及线性系统的稳定条件44 3.2.2 劳斯稳定判据45 3.3 控制系统的暂态性能分析49 3.3.1 一阶系统分析49 3.3.2 二阶系统分析50 3.3.3 高阶系统分析57 3.4 控制系统的稳态性能分析58 3.4.1 误差及稳态误差58 3.4.2 给定输入信号作用下的稳态误差59 3.4.3 扰动信号作用下的稳态误差62 3.4.4 转速负反馈调速系统分析63 3.5 MATLAB用于时域响应分析65 3.5.1 用MATLAB分析系统的稳定性65 3.5.2 用MATLAB分析系统的暂态性能66 小结69 习题69 4章 根轨迹法74 4.1 根轨迹的基本概念74 4.1.1 根轨迹74 4.1.2 根轨迹方程75 4.1.3 幅值条件方程和相角条件方程75 4.2 绘制根轨迹的基本法则76 4.3 参量根轨迹83 4.4 正反馈回路和零度根轨迹85 4.5 用根轨迹分析系统性能86 4.5.1 用根轨迹确定系统的闭环极点86 4.5.2 用根轨迹确定系统性能与参数的关系87 4.5.3 增加开环零点?极点对系统性能的影响88 4.6 MATLAB用于根轨迹分析90 小结92 习题93 5章 频率特性法95 5.1 频率特性的基本概念95 5.1.1 频率响应95 5.1.2 频率特性的定义96 5.1.3 频率特性的图形表示98 5.2 极坐标图(奈氏图) 99 5.2.1 典型环节的极坐标图99 5.2.2 控制系统开环极坐标图102 5.3 伯德图103 5.3.1 典型环节的伯德图104 5.3.2 控制系统开环伯德图108 5.3.3 由伯德图确定传递函数110 5.4 奈奎斯特稳定判据111 5.4.1 辐角定理112 5.4.2 奈奎斯特稳定判据112 5.4.3 伯德图上的奈奎斯特稳定判据117 5.5 控制系统的相对稳定性119 5.5.1 相位裕量120 5.5.2 幅值裕量120 5.6 利用频率特性分析系统的性能121 5.6.1 开环频域指标与时域性能指标的关系122 5.6.2 基于伯德图的系统性能分析123 5.6.3 闭环频域指标与时域性能指标的关系125 5.7 MATLAB用于频域分析127 5.7.1 用MATLAB命令绘制频率特性曲线127 5.7.2 用MATLAB命令分析系统的相对稳定性129 小结130 习题131 6章 控制系统的综合校正134 6.1 系统校正基础134 6.2 串联校正135 6.2.1 相位前校正136 6.2.2 相位滞后校正140 6.2.3 相位滞后-前校正143 6.2.4 有源校正网络145 6.2.5 串联期望特性法校正147 6.3 PID校正149 6.4 局部反馈校正152 6.4.1 局部反馈校正的基本原理152 6.4.2 速度反馈校正153 6.4.3 局部反馈校正设计154 6.5 前馈补偿与复合控制157 6.5.1 按输入补偿的复合控制157 6.5.2 按扰动补偿的复合控制158 6.6 基于MATLAB的频域法校正159 6.6.1 串联校正设计159 6.6.2 校正校验161 小结163 习题164 7章 非线性控制系统分析167 7.1 非线性系统概述167 7.1.1 非线性系统的特征167 7.1.2 非线性系统的分析与设计方法168 7.1.3 常见的非线性特性及其对系统运动的影响168 7.2 描述函数法171 7.2.1 描述函数的基本概念171 7.2.2 典型非线性特性的描述函数172 7.2.3 非线性系统的简化175 7.2.4 用描述函数法分析非线性系统的稳定性176 7.3 相平面法180 7.3.1 相平面的基本概念180 7.3.2 绘制相轨迹的方法180 7.3.3 奇点和极限环183 7.3.4 由相平面求时间解186 7.3.5 非线性系统的相平面法分析186 7.4 非线性特性的利用189 7.5 基于Simulink的非线性系统分析191 小结192 习题192 8章 采样控制系统分析196 8.1 采样控制系统的基本概念196 8.1.1 采样控制系统及其基本结构196 8.1.2 采样过程与采样定理197 8.1.3 采样信号的复现199 8.2 采样控制系统的数学基础200 8.2.1 z变换的定义200 8.2.2 求z变换的方法201 8.2.3 z变换的基本定理203 8.2.4 z反变换204 8.2.5 差分方程及其求解206 8.3 脉冲传递函数209 8.3.1 脉冲传递函数的定义209 8.3.2 开环系统的脉冲传递函数209 8.3.3 闭环系统的脉冲传递函数211 8.4 采样控制系统的动态性能分析214 8.4.1 采样系统的动态响应分析214 8.4.2 闭环极点的位置与动态特性的关系216 8.5 采样控制系统的稳定性分析219 8.5.1 z平面内的稳定条件219 8.5.2 劳斯稳定判据220 8.6 采样控制系统的稳态误差分析221 8.7 MATLAB用于采样控制系统分析223 8.7.1 数学模型处理223 8.7.2 动态响应分析224 8.7.3 Simulink仿真分析226 8.7.4 稳定性判定226 小结227 习题228 附录231 参考文献233