自动控制系统原理与应用

单元一 自动控制系统的基本原理 1 1.1 自动控制系统 1 1.1.1 自动控制系统举例 2 1.1.2 自动控制系统的组成 4 1.2 自动控制系统的基本控制方式 7 1.2.1 开环控制 8 1.2.2 闭环控制 8 1.2.3 复合控制 9 1.3 自动控制系统的分类 10 1.3.1 按输入量的变化规律分类 10 1.3.2 按时间变量分类 11 1.3.3 其他分类 12 1.4 对控制系统性能的基本要求 12 1.5 MATLAB仿真 13 单元小结 16 习题 17 单元二 控制系统的数学模型 18 2.1 系统的微分方程 18 2.1.1 建立微分方程的步骤 18 2.1.2 建立系统微分方程举例 18 2.2 传递函数 20 2.2.1 传递函数的定义 20 2.2.2 传递函数的性质 20 2.2.3 传递函数的求取 21 2.3 自动控制系统的系统方框图 21 2.3.1 系统框图的组成要素 21 2.3.2 典型环节的传递函数 22 2.4 动态结构图的等效变换及化简 24 2.4.1 串联连接 24 2.4.2 并联连接 25 2.4.3 反馈连接 26 2.4.4 综合点与引出点的移动 27 2.5 信号流图 30 2.5.1 关于信号流图的一些概念 30 2.5.2 信号流图的绘制 31 2.6 梅逊公式 32 2.7 控制系统的传递函数 33 2.8 控制系统数学模型的MATLAB描述 35 2.8.1 传递函数的多项式之比形式 36 2.8.2 应用MATLAB函数化简结构图 37 单元小结 38 习题 39 单元三 自动控制系统的性能指标与时域分析 41 3.1 瞬态响应 41 3.1.1 典型输入信号 41 3.1.2 瞬态响应的性能指标 43 3.1.3 一阶系统的瞬态响应 44 3.1.4 二阶系统的瞬态响应 45 3.2 稳定性 47 3.2.1 系统稳定性概念 47 3.2.2 劳斯判据 49 3.3 稳态误差分析 52 3.3.1 稳态误差的概念 52 3.3.2 稳态误差的计算 53 3.4 应用MATLAB进行控制系统时域分析 57 单元小结 59 习题 59 单元四 根轨迹分析法和频域分析法 61 4.1 根轨迹分析法 61 4.1.1 根轨迹的概念 61 4.1.2 根轨迹绘制 62 4.1.3 根轨迹与系统性能 67 4.2 频域分析法 70 4.2.1 频率特性 70 4.2.2 图示方法 70 4.2.3 奈奎斯特稳定判据 72 4.2.4 稳定裕量 73 4.3 MATLAB仿真 75 单元小结 79 习题 80 单元五 线性控制系统的校正 83 5.1 校正方式及其装置 83 5.1.1 主要校正方式 83 5.1.2 校正元件的分类 85 5.2 PID 85 5.3 串联校正 88 5.3.1 超前校正 88 5.3.2 滞后校正 92 5.3.3 滞后超前校正 95 5.4 MATLAB仿真实验 98 5.4.1 PID仿真实验 98 5.4.2 串联校正仿真实验 103 单元小结 110 习题 111 单元六 典型自动控制系统 112 6.1 智能建筑 112 6.1.1 智能建筑的产生 112 6.1.2 智能建筑的意义 113 6.2 楼宇自动化系统 113 6.2.1 楼宇自控系统的定义 113 6.2.2 楼宇自控系统的构成 114 6.2.3 楼宇自控系统在节能中的应用 115 6.3 智能家居 117 6.3.1 智能家居的定义 117 6.3.2 中国的智能家居 118 6.3.3 智能家居控制器 119 6.3.4 智能家居中的自控系统举例 120 6.4 分布式控制系统 121 6.5 相关技术 124 6.5.1 智能控制与传统控制 124 6.5.2 智能控制技术 125 单元小结 127 习题 128 综合测验与参考答案 129 部分习题参考答案 135 参考文献 144