自動控制原理（第二版）
黃琦,於春梅
商品描述
本書全面系統地闡述了自動控制理論的基本分析和校正方法。全書共 7章，主要內容包括自動控制概述、線性控制系統的數學模型、時域分析與校正、根軌跡法、頻域分析與校正、非線性控制系統、離散控制系統等。
本書資源豐富，是一本立體化、高融合、新形態教材。為便於學習，各章均附有學習目標、例題精解、本章小結和習題。
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目錄大綱
目錄
第1章緒論1
1.1控制理論的發展歷程和行業領域1
1.1.1控制理論的發展歷程1
1.1.2控制理論與行業領域3
1.2自動控制系統的基本概念4
1.2.1自動控制系統的工作過程4
1.2.2自動控制系統的組成及術語4
1.2.3自動控制系統舉例6
1.3自動控制的基本方式9
1.3.1開環控制9
1.3.2閉環控制10
1.3.3復合控制10
1.4控制系統的分類11
1.4.1按系統輸入信號的變化規律分類11
1.4.2按系統傳輸信號的性質分類12
1.4.3按描述系統的數學模型分類12
1.4.4其他分類方法13
1.5對控制系統的基本要求13
1.6例題精解14
本章小結17
習題18
第2章控制系統的數學模型20
2.1數學模型基礎20
2.1.1數學模型的特點20
2.1.2數學模型的類型21
2.1.3建模途徑與原則22
2.2控制系統的微分方程22
2.2.1建立微分方程模型的一般步驟22
2.2.2建模舉例23
2.2.3非線性系統(數學模型)的線性化27
2.3控制系統的傳遞函數30
2.3.1傳遞函數的概念31
2.3.2典型環節及其傳遞函數33
2.3.3傳遞函數的標準形式37
2.3.4傳遞函數的零點和極點對輸出的影響38
2.4控制系統的結構圖39
2.4.1結構圖的概念39
2.4.2系統結構圖的建立39
2.4.3結構圖的等效變換42
2.5信號流圖與梅森公式46
2.5.1信號流圖的概念47
2.5.2梅森公式48
2.5.3控制系統的傳遞函數49
2.6應用MATLAB進行模型處理51
2.6.1拉氏變換與拉氏反變換51
2.6.2傳遞函數52
2.7例題精解53
本章小結58
習題58
第3章線性系統的時域分析與校正62
3.1典型輸入信號和時域性能指標62
3.1.1典型信號63
3.1.2性能指標65
3.2一階系統的分析和計算65
3.2.1一階系統的數學模型65
3.2.2一階系統的單位階躍響應和性能指標66
3.2.3單位斜坡響應67
3.2.4單位脈沖響應68
3.3二階系統的分析和計算68
3.3.1二階系統的數學模型68
3.3.2單位階躍響應69
3.3.3二階系統性能指標分析72
3.3.4單位脈沖響應75
3.4高階系統的時間響應75
3.4.1高階系統的階躍響應76
3.4.2高階系統性能估計77
3.5穩定性分析78
3.5.1穩定性的概念和定義78
3.5.2線性系統穩定的條件79
3.5.3勞斯-赫爾維茨判據81
3.6線性系統的穩態誤差計算83
3.6.1穩態誤差的定義84
3.6.2給定輸入信號作用下的穩態誤差86
3.6.3擾動作用下的穩態誤差89
3.7線性系統的時域校正90
3.7.1二階系統的性能改善90
3.7.2控制系統的基本控制律——比例-積分-微分控制93
3.7.3校正方式95
3.8用MATLAB進行動態響應分析97
3.8.1繪制響應曲線97
3.8.2階躍響應性能分析98
3.8.3應用Simulink進行模擬99
3.9例題精解100
本章小結106
習題107
第4章線性系統的根軌跡法111
4.1根軌跡的基本概念111
4.1.1根軌跡的基本概念111
4.1.2閉環零極點與開環零極點之間的關系113
4.2根軌跡方程114
4.3根軌跡繪制的基本規則115
4.3.1180°根軌跡繪制的基本規則115
4.3.2典型根軌跡圖123
4.3.3零度根軌跡的繪制規則123
4.4典型反饋系統的根軌跡分析125
4.4.1反饋系統的根軌跡分析舉例125
4.4.2增加開環零極點的根軌跡分析127
4.4.3非最小相位系統的根軌跡129
4.4.4參數根軌跡及系統性能分析130
4.5用MATLAB繪制系統的根軌跡132
4.5.1命令介紹132
4.5.2繪圖示例133
4.6例題精解133
本章小結139
習題139
第5章線性系統的頻域分析與校正142
5.1頻率特性的基本概念142
5.1.1頻率特性的定義142
5.1.2頻率特性的幾何表示法143
5.2典型環節的頻率特性145
5.2.1比例環節145
5.2.2積分環節146
5.2.3微分環節147
5.2.4慣性環節148
5.2.5一階微分環節149
5.2.6振盪環節150
5.2.7二階微分環節152
5.2.8延遲環節152
5.3控制系統的開環頻率特性153
5.3.1開環幅相曲線153
5.3.2開環Bode圖155
5.3.3最小相位系統與非最小相位系統157
5.4奈奎斯特穩定判據158
5.4.1輔助函數F(s)158
5.4.2幅角原理159
5.4.3奈奎斯特穩定判據161
5.4.4對數頻率特性穩定判據163
5.5控制系統的穩定裕度165
5.6控制系統的頻域分析167
5.6.1用開環頻率特性分析系統的性能168
5.6.2開環頻域性能指標與時域指標的關系169
5.6.3開環頻域指標與閉環頻域指標的關系171
5.7控制系統的頻域設計172
5.7.1典型校正裝置173
5.7.2頻域法串聯校正176
5.8MATLAB在頻域分析中的應用181
5.8.1Bode圖的繪制181
5.8.2幅相曲線的繪制182
5.9例題精解183
本章小結187
習題187
第6章非線性控制系統191
6.1非線性系統概述191
6.1.1非線性系統的特徵191
6.1.2典型非線性特性192
6.1.3非線性系統的分析和設計方法194
6.2描述函數法194
6.2.1描述函數的基本概念195
6.2.2典型非線性特性的描述函數196
6.2.3非線性系統的簡化201
6.3非線性系統的描述函數法分析203
6.3.1非線性系統的穩定性分析204
6.3.2自振盪分析205
6.4相平面法207
6.4.1相平面法的基本概念207
6.4.2相平面圖的繪制208
6.4.3奇點和奇線208
6.4.4非線性系統的相平面法分析209
6.5MATLAB非線性系統設計與分析210
6.5.1MATLAB函數指令210
6.5.2應用Simulink進行模擬211
6.6例題精解212
本章小結214
習題214
第7章離散控制系統218
7.1離散系統概述218
7.2信號的採樣與保持220
7.2.1採樣過程220
7.2.2採樣定理222
7.2.3零階保持器224
7.3z變換226
7.3.1z變換的定義226
7.3.2z變換的求法227
7.3.3z變換的基本定理229
7.3.4z反變換230
7.4離散系統的數學模型232
7.4.1線性常系數差分方程232
7.4.2脈沖傳遞函數234
7.5離散系統的時域分析240
7.5.1s平面與z平面的映射關系241
7.5.2離散系統的動態性能分析241
7.5.3離散系統的穩定性分析245
7.5.4離散系統的穩態誤差247
7.6離散系統的數字校正251
7.6.1最少拍系統及其設計251
7.6.2數字PID控制器的實現253
7.7MATLAB離散系統分析與設計254
7.8例題精解257
本章小結261
習題262
附錄拉普拉斯變換265
參考文獻270
第1章緒論1
1.1控制理論的發展歷程和行業領域1
1.1.1控制理論的發展歷程1
1.1.2控制理論與行業領域3
1.2自動控制系統的基本概念4
1.2.1自動控制系統的工作過程4
1.2.2自動控制系統的組成及術語4
1.2.3自動控制系統舉例6
1.3自動控制的基本方式9
1.3.1開環控制9
1.3.2閉環控制10
1.3.3復合控制10
1.4控制系統的分類11
1.4.1按系統輸入信號的變化規律分類11
1.4.2按系統傳輸信號的性質分類12
1.4.3按描述系統的數學模型分類12
1.4.4其他分類方法13
1.5對控制系統的基本要求13
1.6例題精解14
本章小結17
習題18
第2章控制系統的數學模型20
2.1數學模型基礎20
2.1.1數學模型的特點20
2.1.2數學模型的類型21
2.1.3建模途徑與原則22
2.2控制系統的微分方程22
2.2.1建立微分方程模型的一般步驟22
2.2.2建模舉例23
2.2.3非線性系統(數學模型)的線性化27
2.3控制系統的傳遞函數30
2.3.1傳遞函數的概念31
2.3.2典型環節及其傳遞函數33
2.3.3傳遞函數的標準形式37
2.3.4傳遞函數的零點和極點對輸出的影響38
2.4控制系統的結構圖39
2.4.1結構圖的概念39
2.4.2系統結構圖的建立39
2.4.3結構圖的等效變換42
2.5信號流圖與梅森公式46
2.5.1信號流圖的概念47
2.5.2梅森公式48
2.5.3控制系統的傳遞函數49
2.6應用MATLAB進行模型處理51
2.6.1拉氏變換與拉氏反變換51
2.6.2傳遞函數52
2.7例題精解53
本章小結58
習題58
第3章線性系統的時域分析與校正62
3.1典型輸入信號和時域性能指標62
3.1.1典型信號63
3.1.2性能指標65
3.2一階系統的分析和計算65
3.2.1一階系統的數學模型65
3.2.2一階系統的單位階躍響應和性能指標66
3.2.3單位斜坡響應67
3.2.4單位脈沖響應68
3.3二階系統的分析和計算68
3.3.1二階系統的數學模型68
3.3.2單位階躍響應69
3.3.3二階系統性能指標分析72
3.3.4單位脈沖響應75
3.4高階系統的時間響應75
3.4.1高階系統的階躍響應76
3.4.2高階系統性能估計77
3.5穩定性分析78
3.5.1穩定性的概念和定義78
3.5.2線性系統穩定的條件79
3.5.3勞斯-赫爾維茨判據81
3.6線性系統的穩態誤差計算83
3.6.1穩態誤差的定義84
3.6.2給定輸入信號作用下的穩態誤差86
3.6.3擾動作用下的穩態誤差89
3.7線性系統的時域校正90
3.7.1二階系統的性能改善90
3.7.2控制系統的基本控制律——比例-積分-微分控制93
3.7.3校正方式95
3.8用MATLAB進行動態響應分析97
3.8.1繪制響應曲線97
3.8.2階躍響應性能分析98
3.8.3應用Simulink進行模擬99
3.9例題精解100
本章小結106
習題107
第4章線性系統的根軌跡法111
4.1根軌跡的基本概念111
4.1.1根軌跡的基本概念111
4.1.2閉環零極點與開環零極點之間的關系113
4.2根軌跡方程114
4.3根軌跡繪制的基本規則115
4.3.1180°根軌跡繪制的基本規則115
4.3.2典型根軌跡圖123
4.3.3零度根軌跡的繪制規則123
4.4典型反饋系統的根軌跡分析125
4.4.1反饋系統的根軌跡分析舉例125
4.4.2增加開環零極點的根軌跡分析127
4.4.3非最小相位系統的根軌跡129
4.4.4參數根軌跡及系統性能分析130
4.5用MATLAB繪制系統的根軌跡132
4.5.1命令介紹132
4.5.2繪圖示例133
4.6例題精解133
本章小結139
習題139
第5章線性系統的頻域分析與校正142
5.1頻率特性的基本概念142
5.1.1頻率特性的定義142
5.1.2頻率特性的幾何表示法143
5.2典型環節的頻率特性145
5.2.1比例環節145
5.2.2積分環節146
5.2.3微分環節147
5.2.4慣性環節148
5.2.5一階微分環節149
5.2.6振盪環節150
5.2.7二階微分環節152
5.2.8延遲環節152
5.3控制系統的開環頻率特性153
5.3.1開環幅相曲線153
5.3.2開環Bode圖155
5.3.3最小相位系統與非最小相位系統157
5.4奈奎斯特穩定判據158
5.4.1輔助函數F(s)158
5.4.2幅角原理159
5.4.3奈奎斯特穩定判據161
5.4.4對數頻率特性穩定判據163
5.5控制系統的穩定裕度165
5.6控制系統的頻域分析167
5.6.1用開環頻率特性分析系統的性能168
5.6.2開環頻域性能指標與時域指標的關系169
5.6.3開環頻域指標與閉環頻域指標的關系171
5.7控制系統的頻域設計172
5.7.1典型校正裝置173
5.7.2頻域法串聯校正176
5.8MATLAB在頻域分析中的應用181
5.8.1Bode圖的繪制181
5.8.2幅相曲線的繪制182
5.9例題精解183
本章小結187
習題187
第6章非線性控制系統191
6.1非線性系統概述191
6.1.1非線性系統的特徵191
6.1.2典型非線性特性192
6.1.3非線性系統的分析和設計方法194
6.2描述函數法194
6.2.1描述函數的基本概念195
6.2.2典型非線性特性的描述函數196
6.2.3非線性系統的簡化201
6.3非線性系統的描述函數法分析203
6.3.1非線性系統的穩定性分析204
6.3.2自振盪分析205
6.4相平面法207
6.4.1相平面法的基本概念207
6.4.2相平面圖的繪制208
6.4.3奇點和奇線208
6.4.4非線性系統的相平面法分析209
6.5MATLAB非線性系統設計與分析210
6.5.1MATLAB函數指令210
6.5.2應用Simulink進行模擬211
6.6例題精解212
本章小結214
習題214
第7章離散控制系統218
7.1離散系統概述218
7.2信號的採樣與保持220
7.2.1採樣過程220
7.2.2採樣定理222
7.2.3零階保持器224
7.3z變換226
7.3.1z變換的定義226
7.3.2z變換的求法227
7.3.3z變換的基本定理229
7.3.4z反變換230
7.4離散系統的數學模型232
7.4.1線性常系數差分方程232
7.4.2脈沖傳遞函數234
7.5離散系統的時域分析240
7.5.1s平面與z平面的映射關系241
7.5.2離散系統的動態性能分析241
7.5.3離散系統的穩定性分析245
7.5.4離散系統的穩態誤差247
7.6離散系統的數字校正251
7.6.1最少拍系統及其設計251
7.6.2數字PID控制器的實現253
7.7MATLAB離散系統分析與設計254
7.8例題精解257
本章小結261
習題262
附錄拉普拉斯變換265
參考文獻270
