《自動控制原理》2013版圖書

第1章 自動控制的一般概念1

1.1 引言1

1.2 自動控制簡史1

1.3 自動控制系統(tǒng)的基本概念2

1.3.1 自動控制系統(tǒng)2

1.3.2 控制方式的分類5

1.3.3 開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較6

1.4 自動控制系統(tǒng)的分類及組成7

1.4.1 自動控制系統(tǒng)的分類7

1.4.2 自動控制系統(tǒng)的組成7

1.5 對控制系統(tǒng)的性能要求8

1.5.1 自動控制系統(tǒng)的性能要求8

1.5.2 自動控制系統(tǒng)的典型外作用9

本章小結(jié)9

第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型10

2.1 引言10

2.2 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型11

2.2.1 控制系統(tǒng)的微分方程11

2.2.2 控制系統(tǒng)的線性近似13

2.3 拉普拉斯變換16

2.3.1 拉普拉斯變換的定義16

2.3.2 拉普拉斯變換的常用定理17

2.3.3 拉普拉斯反變換20

2.3.4 微分方程的求解22

2.4 控制系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型23

2.4.1 傳遞函數(shù)23

2.4.2 傳遞函數(shù)的極點和零點對輸出的影響25

2.4.3 典型元部件的傳遞函數(shù)26

2.5 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號流圖27

2.5.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖27

2.5.2 控制系統(tǒng)的信號流圖32

2.5.3 閉環(huán)系統(tǒng)的常用傳遞函數(shù)36

2.6 控制系統(tǒng)建模的應(yīng)用研究37

2.6.1 數(shù)學(xué)模型的實驗測定37

2.6.2 利用MATLAB進行系統(tǒng)建模38

2.7 控制系統(tǒng)建模的設(shè)計實例40

本章小結(jié)42

本章習(xí)題輔導(dǎo)43

第3章 線性系統(tǒng)的時域分析法54

3.1 引言54

3.2 線性系統(tǒng)的時域性能指標54

3.2.1 典型輸入信號54

3.2.2 動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能56

3.3 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析58

3.3.1 穩(wěn)定性的基本概念58

3.3.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件59

3.3.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)61

3.3.4 勞斯穩(wěn)定判據(jù)的特殊情況62

3.3.5 勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用64

3.4 線性系統(tǒng)的快速性分析67

3.4.1 一階系統(tǒng)的時域分析67

3.4.2 二階系統(tǒng)的時域分析71

3.4.3 高階系統(tǒng)的時域分析79

3.5 線性系統(tǒng)的準確性分析82

3.5.1 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計算82

3.5.2 減小和消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法88

3.6 線性系統(tǒng)的時域法校正91

3.6.1 比例—微分環(huán)節(jié)(PD)校正91

3.6.2 比例—積分環(huán)節(jié)(PI)校正93

3.6.3 比例—積分—微分環(huán)節(jié)(PID)校正94

3.7 線性系統(tǒng)時域法的應(yīng)用94

3.7.1 利用MATLAB研究時域法94

3.7.2 時域分析法的設(shè)計實例96

本章小結(jié)98

本章習(xí)題輔導(dǎo)98

第4章 線性系統(tǒng)的根軌跡法111

4.1 引言111

4.2 根軌跡法的基本概念111

4.2.1 閉環(huán)零、極點與開環(huán)零、極點的關(guān)系112

4.2.2 根軌跡方程114

4.3 根軌跡繪制的基本法則115

4.3.1 繪制根軌跡的基本法則115

4.3.2 閉環(huán)極點的確定122

4.4 廣義根軌跡124

4.4.1 參數(shù)根軌跡124

4.4.2 零度根軌跡125

4.5 線性系統(tǒng)的控制性能分析127

4.5.1 閉環(huán)零、極點分布與階躍響應(yīng)的定性分析128

4.5.2 主導(dǎo)極點與偶極子的概念128

4.5.3 用主導(dǎo)極點估算系統(tǒng)的性能130

4.6 線性系統(tǒng)的根軌跡法校正132

4.6.1 超前校正132

4.6.2 滯后校正136

4.6.3 超前—滯后校正137

4.7 線性系統(tǒng)根軌跡法的應(yīng)用139

4.7.1 利用MATLAB研究根軌跡法139

4.7.2 根軌跡法的設(shè)計實例141

本章小結(jié)143

本章習(xí)題輔導(dǎo)143

第5章 線性系統(tǒng)的頻域分析法154

5.1 引言154

5.2 頻率特性154

5.2.1 頻率特性的基本概念154

5.2.2 頻率特性的幾何表示方法156

5.3 開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性159

5.3.1 典型環(huán)節(jié)的頻率特性159

5.3.2 開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性169

5.4 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析177

5.4.1 頻率域穩(wěn)定判據(jù)177

5.4.2 穩(wěn)定裕度183

5.5 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標184

5.5.1 控制系統(tǒng)的帶寬185

5.5.2 閉環(huán)系統(tǒng)頻域性能指標和時域指標的轉(zhuǎn)換185

5.5.3 閉環(huán)頻率特性187

5.6 線性系統(tǒng)的頻域法校正189

5.6.1 串聯(lián)超前校正190

5.6.2 串聯(lián)滯后校正193

5.6.3 串聯(lián)滯后—超前校正196

5.7 線性系統(tǒng)頻域法的應(yīng)用199

本章小結(jié)203

本章習(xí)題輔導(dǎo)204

第6章 線性離散系統(tǒng)的分析216

6.1 引言216

6.2 離散控制系統(tǒng)的基本概念216

6.2.1 離散控制系統(tǒng)的應(yīng)用216

6.2.2 離散控制系統(tǒng)的特點217

6.2.3 離散控制系統(tǒng)的研究方法218

6.3 信號的采樣和保持218

6.3.1 采樣過程218

6.3.2 采樣過程的數(shù)學(xué)描述219

6.3.3 采樣定理220

6.3.4 零階保持器222

6.4 Z變換理論224

6.4.1 Z變換的定義224

6.4.2 Z 變換的求法225

6.4.3 Z 變換的基本定理228

6.4.4 Z 反變換230

6.5 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型233

6.5.1 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)定義233

6.5.2 線性常系數(shù)差分方程及其解法233

6.5.3 脈沖傳遞函數(shù)235

6.6 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析243

6.6.1 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件243

6.6.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)243

6.6.3 朱利穩(wěn)定判據(jù)246

6.6.4 采樣周期與開環(huán)增益對穩(wěn)定性的影響247

6.6.5 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析247

6.7 離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析251

6.7.1 離散控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)及性能指標251

6.7.2 閉環(huán)極點的分布與動態(tài)性能的關(guān)系254

6.8 離散系統(tǒng)的數(shù)字校正256

6.8.1 校正方式256

6.8.2 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)257

6.8.3 最少拍系統(tǒng)及設(shè)計258

6.8.4 最少拍無紋波系統(tǒng)設(shè)計261

本章小結(jié)265

本章習(xí)題輔導(dǎo)265

第7章 非線性控制系統(tǒng)分析274

7.1 引言274

7.2 非線性控制系統(tǒng)概述274

7.2.1 非線性系統(tǒng)的特點274

7.2.2 非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法277

7.3 常見非線性特性及其對系統(tǒng)性能的影響277

7.4 相平面法283

7.4.1 相平面的基本概念……283

7.4.2 相軌跡的繪制方法……284

7.4.3 線性系統(tǒng)的相軌跡……287

7.4.4 奇點和奇線……291

7.4.5 非線性系統(tǒng)的相平面分析……295

7.5 描述函數(shù)法……296

7.5.1 描述函數(shù)的基本概念……296

7.5.2 典型非線性特性描述函數(shù)……298

7.5.3 非線性系統(tǒng)的簡化……304

7.5.4 描述函數(shù)法進行非線性系統(tǒng)分析……307

7.6 非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計實例……312

本章小結(jié)……316

本章習(xí)題輔導(dǎo)……316

第8章 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合……329

8.1 引言……329

8.2 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述……330

8.2.1 狀態(tài)與狀態(tài)變量……330

8.2.2 狀態(tài)空間表達式……330

8.2.3 狀態(tài)空間表達式的建立方法……332

8.2.4 線性連續(xù)時不變系統(tǒng)狀態(tài)方程的解……341

8.2.5 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣……346

8.2.6 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的線性變換……347

8.2.7 線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型……352

8.3 線性系統(tǒng)的能控性和能觀性……354

8.3.1 線性連續(xù)系統(tǒng)的能控性……354

8.3.2 輸出能控性……356

8.3.3 線性連續(xù)系統(tǒng)的能觀性……357

8.3.4 狀態(tài)空間表達式的能控和能觀標準型轉(zhuǎn)化……359

8.3.5 線性定常系統(tǒng)的規(guī)范分解……364

8.3.6 離散系統(tǒng)的能控性和能觀性……367

8.4 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析……370

8.4.1 李雅普諾夫意義下的穩(wěn)定性……371

8.4.2 李雅普諾夫第一法(間接法) ……372

8.4.3 李雅普諾夫第二法(直接法) ……373

8.4.4 李雅普諾夫第二法在線性定常系統(tǒng)中的應(yīng)用……376

8.5 線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)綜合……378

8.5.1 兩種常用反饋控制結(jié)構(gòu)……379

8.5.2 反饋結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)性能的影響……380

8.5.3 系統(tǒng)的極點配置……382

8.5.4 全維狀態(tài)觀測器……384

8.5.5 分離特性……387

8.6 狀態(tài)空間分析法的設(shè)計實例……388

本章小結(jié)……391

本章習(xí)題輔導(dǎo)……391

第9章 最優(yōu)控制理論基礎(chǔ)……405

9.1 引言……405

9.2 最優(yōu)控制問題導(dǎo)論……405

9.3 最優(yōu)控制中的變分法……408

9.3.1 微積分基礎(chǔ)……409

9.3.2 泛函與變分法基本概念……411

9.3.3 泛函極值問題與歐拉方程……412

9.3.4 條件泛函極值與動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題……416

9.4 極小值原理及其應(yīng)用……425

9.4.1 經(jīng)典變分法的局限……425

9.4.2 連續(xù)系統(tǒng)的極小值原理……425

9.4.3 極小值原理的應(yīng)用……427

9.5 線性二次型最優(yōu)控制問題……433

9.5.1 線性二次型問題……433

9.5.2 線性系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)節(jié)器問題……434

9.5.3 倒立擺的最優(yōu)控制問題……438

9.6 動態(tài)規(guī)劃……441

9.6.1 動態(tài)規(guī)劃基本思想……441

9.6.2 動態(tài)規(guī)劃法求解離散最優(yōu)控制問題……443

本章小結(jié)……444

本章習(xí)題輔導(dǎo)……445

各章課后練習(xí)題參考答案……454

參考文獻……472 2100433B

《自動控制原理》一書,比較全面地闡述了自動控制的基本理論及應(yīng)用。全書共分9章,主要包括自動控制系統(tǒng)建模、時域分析法、根軌跡法、頻域分析法、離散系統(tǒng)分析、非線性系統(tǒng)分析、線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論。

自動控制原理（下）基本信息

ISBN：978-7-111-66176-4

裝訂：平裝

編輯：李馨馨

開本：16開

出版日期： 2020-09-03

字數(shù)：401 千字

定價：55.0

自動控制原理（下）內(nèi)容簡介

本教材比較全面地講解了自動控制的基本理論和應(yīng)用，分上、下冊，本書是下冊，共有7章，第8章闡述了線性離散控制系統(tǒng)的一般概念、數(shù)學(xué)模型、性能分析方法以及數(shù)字校正；第9章介紹了非線性控制系統(tǒng)的基本概念以及相平面法、描述函數(shù)法等；第10章介紹了控制系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的相關(guān)概念；第11章通過狀態(tài)方程求解對系統(tǒng)空間模型進行定量分析；第12章介紹了線性定常系統(tǒng)的能控能觀性；第13章介紹了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法；第14章對線性定常系統(tǒng)的綜合進行了討論。

為方便理解和夯實相關(guān)知識，每章均配備有例題和習(xí)題。 本教材比較全面地涵蓋了大學(xué)本科“自動控制理論”課程的內(nèi)容，可作為高校自動化、電氣工程及其自動化、機械工程及其自動化、熱力工程、通信工程、電子信息工程等相關(guān)專業(yè)的“自動控制原理”課程教材，也可以作為相關(guān)教師、自動化相關(guān)專業(yè)研究生、科技與工程技術(shù)人員的參考書。 本教材各章節(jié)內(nèi)容的介紹基于MATLAB的控制系統(tǒng)計算機輔助分析與設(shè)計方法，需要讀者有相應(yīng)的MATLAB應(yīng)用基礎(chǔ)，以加強對課程的理解。

為了幫助廣大讀者和大學(xué)生學(xué)習(xí)自動控制原理及提升應(yīng)用相關(guān)知識解決問題的能力，更好地掌握自動控制原理的基本概念、自動控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法，也為學(xué)生在校的學(xué)習(xí)和考研提供一本好的參考書，使其更好地掌握自動控制原理課程的精髓，我們編寫了這本習(xí)題解答。

全書共八章，每章內(nèi)容包括知識網(wǎng)絡(luò)圖、學(xué)習(xí)目的、習(xí)題與解答三部分。在知識網(wǎng)絡(luò)圖部分融入了編寫人員多年的授課心得與體會；學(xué)習(xí)目的部分主要總結(jié)了本章的知識內(nèi)容；在習(xí)題與解答部分針對教材的課后習(xí)題，給出了詳細的解題過程與思路， 部分習(xí)題還給出了MATLAB仿真和拓展。

本書由上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)丁肇紅副教授和蔣文萍講師主編，其中第四章、第七章由蔣文萍編寫，其余各章均由丁肇紅編寫。丁肇紅負責全書的組稿、定稿和統(tǒng)稿工作。

書中的部分圖形和公式由研究生徐亦雯、李偉、任志偉、韓江雪和本科生吳瑩瑩、 聶震編輯，在此表示感謝！ 本書在編寫過程中參閱了大量相關(guān)的材料，在此對相關(guān)作者表示感謝。 2100433B

《自動控制原理與CAI教程》是根據(jù)1999年“全國高等學(xué)校建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案及主干課程教學(xué)基本要求”編寫的?！蹲詣涌刂圃砼cCAI教程》以建筑環(huán)境與設(shè)備工程、熱工為對象，重點介紹了自動控制的基本概念、基本理論和基本分析方法等經(jīng)典控制理論。全書共分8章，主要內(nèi)容有控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)的時域分析法、根軌跡分析法、頻率特性分析法、自動控制系統(tǒng)的設(shè)計、離散系統(tǒng)的分析、MAT[AB語言及其在。HVAC控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用等?！蹲詣涌刂圃砼cCAI教程》對基本理論的敘述深入淺出，實用性強，文字簡練流暢。每章內(nèi)容均有小結(jié)，除有一般性例題外，還附有一定數(shù)量的綜合性例題分析，以及MATLAB在控制系統(tǒng)分析和計算方面的應(yīng)用?！蹲詣涌刂圃砼cCAI教程》可作為建筑環(huán)境與設(shè)備工程、熱工類，以及相關(guān)專業(yè)的“自動控制原理”課程的教材，也可作為從事自動化工作的科技人員的參考用書?！蹲詣涌刂圃砼cCAI教程》配有電子課件，免費提供給選用《自動控制原理與CAI教程》的授課教師，需要者請根據(jù)書末的“信息反饋表”索取。