包邮自动控制原理-(第3版)

第1章 绪论 1 1.1 自动控制系统的一般概念 1 1.2 自动控制系统的分类 4 1.2.1 运动与过程控制系统 4 1.2.2 定值、随动与程序控制系统 5 1.2.3 开环与闭环控制系统 5 1.2.4 连续与离散控制系统 7 1.2.5 线性与非线性控制系统 8 1.3 自动控制理论的发展概况 9 1.4 自动控制系统的性能要求 12 本章小结 14 习题 14 第2章 控制系统的数学模型 16 2.1 列写系统微分方程的一般方法 17 2.1.1 简单系统微分方程的建立 17 2.1.2 复杂系统微分方程的建立 21 2.2 非线性数学模型的线性化 24 2.3 传递函数 28 2.3.1 传递函数的定义 28 2.3.2 传递函数的基本性质 30 2.3.3 控制系统的典型环节及其传递函数 32 2.4 框图和系统的传递函数 36 2.4.1 框图的组成 37 2.4.2 系统框图的建立 37 2.4.3 框图的等效变换 39 2.4.4 利用框图求取系统的 传递函数 43 2.5 信号流图和梅逊公式的应用 47 2.5.1 信号流图的概念 47 2.5.2 信号流图的术语和性质 48 2.5.3 信号流图的简化法则 49 2.5.4 梅逊增益公式及其应用 50 2.6 MATLAB在本章中的应用 54 本章小结 56 习题 57 第3章 控制系统的时域分析法 60 3.1 控制系统的时域性能指标 60 3.1.1 典型输入信号 60 3.1.2 控制系统的时域性能指标 64 3.2 一阶系统的时域分析 66 3.2.1 一阶系统的数学模型 66 3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 67 3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应 68 3.2.4 一阶系统的单位抛物线响应 69 3.2.5 一阶系统的单位脉冲响应 69 3.3 二阶系统的时域分析 70 3.3.1 二阶系统的数学模型 70 3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 72 3.3.3 欠阻尼二阶系统的性能分析 76 3.3.4 二阶系统的单位脉冲响应 81 3.3.5 二阶工程*佳参数 82 3.4 高阶系统的时域分析 83 3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应 84 3.4.2 闭环主导极点 85 3.5 线性系统的稳定性分析 86 3.5.1 稳定性的基本概念 86 3.5.2 线性系统稳定的充分 必要条件 87 3.5.3 线性系统稳定的必要条件 89 3.5.4 劳斯稳定判据 89 3.5.5 赫尔维兹稳定判据 92 3.5.6 劳斯判据的应用 94 3.6 控制系统的稳态误差计算 95 3.6.1 稳态误差的定义 96 3.6.2 系统类型数 97 3.6.3 参考输入作用下的稳态误差 97 3.6.4 扰动作用下的稳态误差 101 3.6.5 提高系统稳态精度的方法 102 3.7 MATLAB在本章中的应用 103 3.7.1 单位脉冲响应和单位 阶跃响应 103 3.7.2 单位斜坡响应 104 3.7.3 任意函数作用下系统的响应 106 3.7.4 Simulink中时域分析举例 107 本章小结 108 习题 108 第4章 控制系统的根轨迹法 111 4.1 根轨迹的基本概念 111 4.1.1 根轨迹的概念 111 4.1.2 根轨迹与系统性能 112 4.1.3 根轨迹的幅值条件和 相角条件 113 4.1.4 系统根轨迹增益与开环增益的关系 115 4.2 绘制根轨迹的基本规则 116 4.3 广义根轨迹的绘制 131 4.3.1 参量根轨迹 131 4.3.2 零度根轨迹 134 4.4 用根轨迹法分析闭环控制系统的性能 138 4.4.1 用根轨迹分析系统的 稳定性 138 4.4.2 用根轨迹分析系统的 动态性能 139 4.4.3 用根轨迹分析系统的 稳态性能 141 4.4.4 附加开环零、极点的作用 144 4.5 MATLAB在本章中的应用 146 本章小结 150 习题 150 第5章 控制系统的频域分析法 155 5.1 频率特性 155 5.1.1 频率特性的基本概念 155 5.1.2 由传递函数确定系统的 频域响应 158 5.2 对数坐标图 160 5.2.1 典型因子的伯德图 161 5.2.2 绘制开环系统伯德图的 一般步骤 170 5.2.3 *小相位系统与非*小 相位系统 172 5.2.4 系统的类型与对数幅频特性 曲线低频渐近线的对应关系 174 5.3 极坐标图 176 5.3.1 典型因子的乃奎斯特图 177 5.3.2 极坐标图的一般形状 182 5.4 频域稳定判据 186 5.4.1 幅角原理 186 5.4.2 乃奎斯特稳定判据 187 5.4.3 乃氏判据应用于滞后系统 197 5.5 相对稳定性分析 199 5.5.1 增益裕量 200 5.5.2 相位裕量 200 5.5.3 相对稳定性与对数幅频特性中频段斜率的关系 203 5.6 频域性能指标与时域性能 指标间的关系 205 5.6.1 闭环频率特性及其特征量 205 5.6.2 二阶系统时域响应与 频域响应的关系 208 5.7 传递函数的实验确定 211 5.8 MATLAB在本章中的应用 213 5.8.1 利用MATLAB绘制伯德图 213 5.8.2 利用MATLAB绘制 乃奎斯特图 218 本章小结 220 习题 221 第6章 控制系统的校正 225 6.1 控制系统的校正问题 225 6.1.1 被控对象 226 6.1.2 性能指标 226 6.1.3 系统带宽的确定 228 6.1.4 系统校正方式 229 6.2 线性系统的基本控制规律 230 6.2.1 比例控制规律 230 6.2.2 比例-微分控制规律 231 6.2.3 积分控制规律 231 6.2.4 比例-积分控制规律 232 6.2.5 比例-积分-微分控制规律 232 6.3 串联校正 234 6.3.1 超前校正 234 6.3.2 滞后校正 240 6.3.3 滞后-超前校正 247 6.4 反馈校正 254 6.4.1 利用反馈校正改变 局部结构和参数 255 6.4.2 利用反馈校正取代 局部结构 257 6.5 复合校正 258 6.5.1 前馈校正与反馈控制 组成的复合控制 258 6.5.2 扰动补偿校正与反馈 控制组成的复合控制 260 6.6 MATLAB在本章中的应用 261 本章小结 269 习题 270 第7章 非线性控制系统分析 272 7.1 非线性控制系统概述 272 7.1.1 研究非线性控制理论 的意义 272 7.1.2 非线性系统的特征 274 7.1.3 非线性系统的分析与 设计方法 277 7.2 常见非线性及其对系统 运动的影响 278 7.2.1 非线性特性的等效增益 279 7.2.2 常见非线性因素对系统 运动的影响 280 7.3 非线性系统的描述函数分析 283 7.3.1 描述函数的基本概念 284 7.3.2 非线性元件描述函数的举例 285 7.3.3 用描述函数法分析非线性 控制系统 290 7.4 相平面法 294 7.4.1 相平面的基本概念 295 7.4.2 线性二阶系统的相轨迹 296 7.4.3 绘制相平面图的 等倾斜线法 298 7.4.4 非线性系统的相平面分析 301 7.5 MATLAB在本章中的应用 306 本章小结 309 习题 309 第8章 计算机控制系统的 分析与设计 312 8.1 离散控制系统的概念 312 8.2 信号的采样与复现 315 8.2.1 采样过程 315 8.2.2 采样定理 317 8.2.3 零阶保持器 319 8.3 z变换与z反变换 321 8.3.1 z变换 321 8.3.2 z变换的基本性质 325 8.3.3 z反变换 328 8.4 脉冲传递函数 330 8.4.1 串联环节的脉冲传递函数 332 8.4.2 闭环系统的脉冲传递函数 334 8.5 差分方程 338 8.5.1 差分的定义 338 8.5.2 差分方程概述 338 8.5.3 用z变换法求解差分方程 339 8.5.4 用迭代法求解差分方程 341 8.6 离散控制系统的性能分析 343 8.6.1 离散控制系统的 稳定性分析 343 8.6.2 闭环极点与瞬态响应 的关系 346 8.6.3 离散系统的稳态误差 348 8.7 数字控制器的设计 351 8.7.1 数字控制器的模拟化设计 351 8.7.2 数字PID控制器 358 8.7.3 数字控制器的直接设计 360 8.8 MATLAB在本章中的应用 365 8.8.1 利用Simulink分析和设计 离散控制系统 365 8.8.2 利用MATLAB函数分析和 设计离散控制系统 368 8.8.3 利用SISO分析工具分析和设计离散控制系统 369 本章小结 370 习题 370 参考文献 374