自動控制原理（第二版）（非自動化專業(yè)適用）

1 緒論

1．1 自動控制的基本概念

1．1．1 基本概念

1．1．2 開環(huán)控制與閉環(huán)控制的實例

1．2 自動控制理論的發(fā)展

1．2．1 經(jīng)典控制理論

1．2．2 現(xiàn)代控制理論

1．2．3 大系統(tǒng)理論

1．2．4 智能控制

1．3 控制系統(tǒng)的分類

1．3．1 恒值系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)

1．3．2 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)

1．3．3 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)

1. 4 對控制系統(tǒng)的基本要求

1．4．1 穩(wěn)定性

1，4．2 動態(tài)性能

1．4．3 穩(wěn)態(tài)性能

本章小結(jié)

習(xí)題

2 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2．1 基本概念

2．1．1 數(shù)學(xué)模型

2．1．2 控制系統(tǒng)

2．2 時域模型——微分方程

2．2．1 建立系統(tǒng)或元件微分方程的步驟

2．2．2 典型系統(tǒng)的微分方程

2．2．3 非線性方程線性化方法

2．3 復(fù)域模型——傳遞函數(shù)

2．3．1 傳遞函數(shù)的定義

2．3．2 傳遞函數(shù)的性質(zhì)和物理意義

2．3．3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)

2．3．4 傳遞函數(shù)的表示方式和術(shù)語

2．4 控制系統(tǒng)方塊圖

2．4．1 方塊圖簡介

2，4．2 方塊圖的化簡

2．4．3 閉環(huán)系統(tǒng)的方塊圖和傳遞函數(shù)

2．5 狀態(tài)空間模型

2．5．1 狀態(tài)變量表達(dá)式相關(guān)概念

2．5．2 由微分方程建立狀態(tài)變量表達(dá)式

巳5．3 狀態(tài)變量表達(dá)式和傳遞函數(shù)的關(guān)系

本章小結(jié)

習(xí)題

3 線性系統(tǒng)的時域分析

3．1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

3．1．1 穩(wěn)定的概念

3．1．2 穩(wěn)定的充要條件

3．1．3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)

3．2 二階系統(tǒng)的動態(tài)性能分析

3．2．1 典型輸入信號

3．2．2 動態(tài)性能指標(biāo)

3．2．3 二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)

3．2．4 高階系統(tǒng)的時域響應(yīng)

3．3 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析

3．3．1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義

3．3．2 輸入信號作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

3．3．3 擾動信號作用時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

本章小結(jié)

習(xí)題

4 線性系統(tǒng)的頻域分析

4．1 線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)

4．2 頻率特性的圖形表示

4．2．1 幅相頻率特性曲線

4．2．2 對數(shù)頻率特性曲線

4．3 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)

4．3．1 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

4. 3．2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)

4．4 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性

4．4．1 相對穩(wěn)定性

4．4．2 穩(wěn)定裕度的求取

4．5 頻域響應(yīng)分析

4，5．1 頻率性能指標(biāo)

4．5．2 頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系

本章小結(jié)

習(xí)題

5 線性系統(tǒng)的校正

5. 1．2 校正的實質(zhì)

5. 1．3 校正方式

5. 1．4 對數(shù)幅頻特性的形狀對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響

5．2 常用校正裝置

5. 2．1 無源超前網(wǎng)絡(luò)

5. 2．2 無源滯后網(wǎng)絡(luò)

5．2．3 滯后—超前無源網(wǎng)絡(luò)

5．3 串聯(lián)校正的頻率法設(shè)計

5．3．1 串聯(lián)超前校正

5．3．2 串聯(lián)滯后校正

5．3．3 串聯(lián)滯后—超前校正

5．4 PID調(diào)節(jié)器

5．4．1 PID的基本控制作用

5．4．2 PID控制器的參數(shù)確定

本章小結(jié)

習(xí)題

6 采樣系統(tǒng)分析

6．1 引言

6．2 信號的采樣與保持

6．2．1 采樣信號的數(shù)學(xué)表示

6．2．2 采樣信號的頻譜分析

6．2．3 采樣定理

6．2．4 信號的保持

6．3 z變換

6．3．1 z變換的定義

6．3．2 z變換的求法

6．3．3 z變換的性質(zhì)

6．3．4 z反變換

6．4 采樣系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)

6．4．1 脈沖傳遞函數(shù)的定義和意義

6．4．2 脈沖傳遞函數(shù)的求法

6．4．3 開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)

6．4．4 閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)

6．5 采樣系統(tǒng)分析

6．5．1 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性

6．5．2 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能

6．5．3 采樣系統(tǒng)的動態(tài)性能

本章小結(jié)

習(xí)題

7 狀態(tài)空間分析設(shè)計

7．1 狀態(tài)空間的線性變換

7．1．1 線性變換

7．1．2 線性變換的不變性

7．1．3 線性系統(tǒng)的規(guī)范化

7．2 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解

7．2．1 線性定常系統(tǒng)齊次方程的解

7．2．2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)

7．2．3 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求取，

7．2．4 非齊次狀態(tài)方程的解

7。3 線性連續(xù)系統(tǒng)的可控性與可觀測性分析

7．3．1 線性連續(xù)系統(tǒng)的可控性與可觀測性的概念

7．3．2 線性連續(xù)系統(tǒng)的可控性判據(jù)

7．3．3 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的可觀測性判據(jù)

7．3．4 通過線性變換將單輸入系統(tǒng)化為可控標(biāo)準(zhǔn)型和可觀測標(biāo)準(zhǔn)型

7．3．5 對偶原理

7．3．6 傳遞函數(shù)矩陣與可控性、可觀測性的關(guān)系

7．4 線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)反饋和極點配置

7．4．1 狀態(tài)反饋和輸出反饋

7．4，2 狀態(tài)反饋進(jìn)行極點的任意配置

本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書介紹了自動控制原理的基本概念和方法，包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的主要內(nèi)容，適合作為信息學(xué)科本科學(xué)生平臺課程教材和非自動控制專業(yè)理工科學(xué)生的教材。全書共分7章，第1章緒論，引入控制系統(tǒng)的基本概念、定義、術(shù)語；第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，介紹連續(xù)系統(tǒng)的時域模型、復(fù)域模型、狀態(tài)空間描述；第3章線性系統(tǒng)的時域分析，對系統(tǒng)動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和穩(wěn)定性進(jìn)行分析的方法作了詳細(xì)的討論；第4章線性系統(tǒng)的頻域分析，介紹線性系統(tǒng)的頻率特性和頻域分析方法；第5章線性系統(tǒng)的校正，介紹線性系統(tǒng)校正的原理和方法，著重討論了PID控制器的設(shè)計及其在系統(tǒng)校正中的作用。第6章采樣系統(tǒng)分析，介紹了z變換、脈沖傳遞函數(shù)以及離散系統(tǒng)的分析方法；第7章狀態(tài)空間分析設(shè)計，討論了線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和基本設(shè)計方法，各學(xué)?？筛鶕?jù)專業(yè)需要，選擇有關(guān)章節(jié)組織教學(xué)。

本書的特點是內(nèi)容精煉，重點突出，強(qiáng)調(diào)基本概念、基本原理的掌握與應(yīng)用，特別適合少學(xué)時數(shù)自動控制原理教學(xué)的要求。

本書第一版于2003年出版，2007年獲得過上海市優(yōu)秀教材一等獎。2007年修改后出版第二版，是國家“十一五”規(guī)劃教材，2009年獲得上海市優(yōu)秀教學(xué)成果獎二等獎、中國石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀教材獎一等獎。本書不僅是華東理工大學(xué)的上海市精品課程“化工自動化及儀表”所用教材，同時還受到不少大專院校的歡迎，被選為相關(guān)課程教材。也受到了許多自動化技術(shù)人員的歡迎。

現(xiàn)在距離本書第二版修訂又過去七年多了，過程自動化及儀表與整個的工業(yè)自動化一樣發(fā)生著變化。除了先進(jìn)控制策略發(fā)展迅速外，自動化儀表也有所更新變化。本書第三版修訂大體上仍保持原來的體系，保持緊密結(jié)合工業(yè)過程實際、理論聯(lián)系實際的特點，在內(nèi)容上主要針對儀表和控制裝置部分的一些內(nèi)容進(jìn)行了更新。

《自動化專業(yè)本科系列教材·自動控制原理》是由重慶大學(xué)出版社出版的。

《自動化專業(yè)系列教材：自動控制原理》

• 版次：2

• 商品編碼：10219860

• 品牌：墨點

• 包裝：平裝

• 開本：16開

• 用紙：膠版紙

• 頁數(shù)：438

• 正文語種：中文

內(nèi)容簡介

本書的內(nèi)容包括經(jīng)典控制理論的線性定常系統(tǒng)理論（時域分析法、根軌跡法、頻率響應(yīng)法等），非線性系統(tǒng)理論和線性離散（時間）控制系統(tǒng)理論等。

本書在保持課程內(nèi)容的系統(tǒng)性和連貫性的基礎(chǔ)上，重點突出，篇幅精簡。各章均有較豐富的例題和習(xí)題，便于讀者自學(xué)。

本書可作為高等學(xué)校工科自動化專業(yè)及相近專業(yè)的教材，也可供有關(guān)專業(yè)師生及從事自動化方面工作的工程技術(shù)人員參考。

目錄

第一章 緒論

第一節(jié) 引言

第二節(jié) 自動控制的基本概念

第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的組成

第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類

第五節(jié) 自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例

第六節(jié) 對自動控制系統(tǒng)的基本要求及本課程的研究內(nèi)容

本章小結(jié)

習(xí)題

第二章 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

第一節(jié) 控制系統(tǒng)微分方程的編寫

第二節(jié) 傳遞函數(shù)

第三節(jié) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換

第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

第五節(jié) 信號流圖

第六節(jié) 脈沖響應(yīng)函數(shù)

本章小結(jié)

習(xí)題

第三章 自動控制系統(tǒng)的時域分析

第一節(jié) 穩(wěn)定性和代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)

第二節(jié) 典型輸入信號和階躍響應(yīng)性能指標(biāo)

第三節(jié) 一階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)

第四節(jié) 二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)

第五節(jié) 高階系統(tǒng)的動態(tài)性能

第六節(jié) 穩(wěn)態(tài)誤差分析

第七節(jié) 基本控制規(guī)律的分析

第八節(jié) 利用MATLAB進(jìn)行時域分析

本章小結(jié)

習(xí)題

第四章 根軌跡分析法

第一節(jié) 根軌跡的基本概念

第二節(jié) 繪制根軌跡的基本法則

第三節(jié) 控制系統(tǒng)根軌跡的繪制

第四節(jié) 求取閉環(huán)系統(tǒng)零、極點的方法

第五節(jié) 增加開環(huán)零、極點對根軌跡的影響

第六節(jié) 控制系統(tǒng)的根軌跡法分析舉例

第七節(jié) 利用MATLAB繪制根軌跡圖

本章小結(jié)

習(xí)題

第五章 頻率特性分析法

第一節(jié) 頻率特性的基本概念

第二節(jié) 頻率特性的幾種圖示方法

第三節(jié) 典型環(huán)節(jié)的頻率特性

第四節(jié) 系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性

第五節(jié) 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)

第六節(jié) 穩(wěn)定裕度

第七節(jié) 利用開環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能

第八節(jié) 利用閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能

第九節(jié) 利用MATLAB繪制頻率特性曲線圖

本章小結(jié)

習(xí)題

第六章 自動控制系統(tǒng)的校正

第一節(jié) 控制系統(tǒng)校正的基本概念

第二節(jié) 常用校正裝置及其特性

第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的頻率法校正

第四節(jié) 串聯(lián)校正裝置的根軌跡法設(shè)計

第五節(jié) 串聯(lián)校正裝置的期望對數(shù)頻率特性設(shè)計法

第六節(jié) 并聯(lián)校正裝置的設(shè)計

本章小結(jié)

習(xí)題

第七章 非線性控制系統(tǒng)的分析方法

第一節(jié) 非線性控制系統(tǒng)概述

第二節(jié) 相平面分析法

本章小結(jié)

習(xí)題

第八章 線性離散(時間)控制系統(tǒng)分析

第一節(jié) 線性離散(時間)控制系統(tǒng)的基本概念

第二節(jié) 采樣過程和采樣定理

第三節(jié) Z變換

第四節(jié) 離散(時間)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

第五節(jié) 離散(時間)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

第六節(jié) 離散(時間)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析

第七節(jié) 離散(時間)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析

第八節(jié) 離散(時間)控制系統(tǒng)的校正

本章小結(jié)

習(xí)題

附錄

附錄Ⅰ 常用函數(shù)拉氏變換表

附錄Ⅱ 拉氏變換的一些定理

附錄Ⅲ Z變換表

參考文獻(xiàn) 2100433B