自动控制原理与系统

第1章 自动控制系统概述 1 1.1 导言 1 1.2 自动控制系统的组成结构与基本原理 1 1.2.1 自动控制系统的组成结构 1 1.2.2 几种典型自动控制系统的基本原理 2 1.3 控制系统的分类与性能要求 6 1.3.1 控制系统的分类 6 1.3.2 控制系统的性能要求 8 本章小结 9 习题1 9 第2章 自动控制系统的数学模型 12 2.1 微分方程的建立 12 2.2 利用拉式变换与反变换求解线性微分方程 14 2.2.1 拉氏变换的定义 14 2.2.2 几种典型函数的拉氏变换 15 2.2.3 拉氏变换的主要定理 17 2.2.4 拉氏反变换 18 2.2.5 应用拉氏变换解线性微分方程 21 2.3 传递函数 22 2.3.1 传递函数的定义 22 2.3.2 传递函数的性质 23 2.3.3 传递函数的求取 23 2.4 动态结构图 25 2.4.1 动态结构图的概念 25 2.4.2 动态结构图的建立 26 2.4.3 动态结构图的等效变换及化简 26 2.5 典型环节的传递函数 32 2.5.1 比例环节 32 2.5.2 积分环节 33 2.5.3 理想微分环节 34 2.5.4 惯性环节 34 2.5.5 比例微分环节 35 2.5.6 振荡环节 35 2.5.7 延迟环节 36 2.6 自动控制系统的传递函数 36 2.6.1 闭环控制系统的开环传递函数 37 2.6.2 闭环控制系统的闭环传递函数 37 2.6.3 闭环控制系统的偏差传递函数 38 本章小结 39 习题2 40 第3章 自动控制系统的时域分析 43 3.1 典型信号与系统的时域性能指标 43 3.1.1 典型输入信号及其时间响应 43 3.1.2 控制系统的时域性能指标 46 3.2 控制系统的稳定性分析 47 3.2.1 稳定的基本概念 47 3.2.2 线性系统稳定的充分必要条件 48 3.2.3 系统稳定性的代数判据 49 3.3 一阶系统的时域分析 51 3.3.1 一阶系统的数学模型 51 3.3.2 一阶系统单位阶跃响应的性能指标 52 3.4 二阶系统的时域分析 54 3.4.1 二阶系统的数学模型 54 3.4.2 二阶系统的特征根及性质 55 3.4.3 二阶系统的单位阶跃响应 55 3.4.5 典型二阶系统欠阻尼状态的动态性能指标 58 3.5 稳态性能的时域分析 60 3.5.1 系统误差与稳态误差 60 3.5.2 稳态误差的计算 60 3.5.3 系统型别与输入信号作用下的稳态误差 61 3.5.4 扰动信号作用下的稳态误差 64 本章小结 65 习题3 66 第4章 自动控制系统的频域分析 69 4.1 频率特性的概念 69 4.1.1 频率特性的定义 69 4.1.2 频率特性与传递函数的关系 70 4.1.3 频率特性的图形表示方法 71 4.2 典型环节的伯德图 72 4.2.1 比例环节的伯德图 72 4.2.2 积分环节的伯德图 73 4.2.3 惯性环节的伯德图 74 4.2.4 理想微分环节的伯德图 75 4.2.5 一阶微分环节的伯德图 75 4.2.6 振荡环节的伯德图 76 4.2.7 延迟环节的伯德图 78 4.3 系统开环对数频率特性曲线的绘制 78 4.3.1 绘制原则 78 4.3.2 系统开环对数频率特性曲线绘制举例 79 4.3.3 *小相位系统 83 4.4 系统稳定性的频域分析 86 4.4.1 对数频率稳定判据 86 4.4.2 稳定裕量 88 4.5 系统性能的频域分析 90 4.5.1 三频段的概念 90 4.5.2 系统开环频率特性与动态性能指标的关系 92 4.6 MATLAB在频域分析中的应用 94 本章小结 97 习题4 97 第5章 自动控制系统的校正 101 5.1 系统校正概述 101 5.1.1 系统校正的基本概念 101 5.1.2 校正的类型 101 5.1.3 常用校正装置 101 5.1.4 频域法校正系统设计方法 103 5.1.5 性能指标 103 5.2 串联校正 104 5.2.1 串联比例校正 104 5.2.2 串联比例微分校正 106 5.2.3 串联比例积分校正 107 5.2.4 串联比例积分微分校正 109 5.3 反馈校正 110 5.4 前馈控制的概念 112 5.5 自动控制系统的一般设计方法 114 5.5.1 自动控制系统设计的基本步骤 114 5.5.2 系统固有部分频率特性的简化处理 114 5.5.3 系统预期开环对数频率特性的确定 116 本章小结 117 习题5 118 第6章 直流调速系统 119 6.1 单闭环直流调速系统 119 6.1.1 直流调速系统的基本概念 119 6.1.2 直流调速系统的主要性能指标 119 6.1.3 转速单闭环直流调速系统的组成结构和控制原理 121 6.1.4 转速单闭环直流调速系统的性能分析 122 6.2 电流、转速双闭环直流调速系统 124 6.2.1 电流、转速双闭环直流调速系统的组成结构和控制原理 125 6.2.2 电流、转速双闭环直流调速系统的性能分析 130 6.2.3 双闭环直流调速系统的典型参数计算 133 本章小结 133 习题6 134 第7章 位置随动系统 135 7.1 位置随动系统的组成结构 135 7.2 位置随动系统的工作原理 136 7.2.1 位置随动系统的原理图 136 7.2.2 位置随动系统的方框图 138 7.2.3 位置随动系统的性能分析 139 本章小结 140 习题7 140 第8章 自动控制系统的分析和调试 141 8.1 自动控制系统的分析 141 8.1.1 了解工作对象对系统的要求 141 8.1.2 搞清系统各单元的工作原理 142 8.2 自动控制系统的调试 142 8.2.1 系统调试前的准备工作 142 8.2.2 系统调试过程举例 143 8.3 自动控制系统的维护与检修 144 8.3.1 自动控制系统的维护 144 8.3.2 自动控制系统的检修 145 本章小结 145 习题8 146 附录 部分习题参考答案 147 参考文献 160