自動控制原理與系統(tǒng)

前言

　　自動控制技術(shù)從20世紀上半葉形成，迅速發(fā)展至今，不僅已廣泛應用于工程中眾多的部門和領域，而且其中的很多思想、方法已滲透進醫(yī)學、生物甚至社會、經(jīng)濟等諸多非傳統(tǒng)工程性領域，使之成為國家、社會實現(xiàn)現(xiàn)代化的重要標志之一，并同時也使它已成為當今高科技時代各類、各層次科技工作人員必備的技術(shù)基礎知識之一?！　∧壳拔覈黝悺⒏鲗哟喂た聘叩仍盒?，包括近年來發(fā)展迅猛的工科高等職業(yè)、高等?？平逃姆亲钥仡悓I(yè)都已普遍開設自動控制課程。但因?qū)W時有限，急需既能適應當前科技發(fā)展需要、又適用于少學時教學的少而精教材。因此遵照教育部有關這方面規(guī)劃教材編寫的要求，本書從工程技術(shù)應用的角度出發(fā)，把最基本、重要的經(jīng)典線性控制理論內(nèi)容與實際生產(chǎn)過程中最常用、典型的自動控制系統(tǒng)相結(jié)合起來進行編寫。具體安排上，作為分析與綜合控制系統(tǒng)的工具，將對自動控制實踐具有重要指導意義的控制理論部分編寫在前，有關工程應用中的典型自動控制系統(tǒng)內(nèi)容緊隨其后，有機穿插。鑒于有關“運動控制系統(tǒng)”的內(nèi)容已規(guī)劃為獨立教材、另行撰寫，故本書不包括這部分內(nèi)容。　　本書取材上注意：基本、重要、必需、實用，并有一定深度。表述時注意：循序漸進、深入淺出、通俗易懂、便于自學。對控制理論部分，著重講清基本的概念、原理、思路和方法；注意總結(jié)、歸納出對自控實踐有指導意義、應用價值的結(jié)論和規(guī)律；并配有應用的例題示范；從略冗長、嚴密的數(shù)學推導和證明，盡量從物理概念出發(fā)，加以論證，個別地方（加“*”號部分）為加深讀者對有關重要內(nèi)容的深入理解、以利于熟練掌握應用，以合適的方式加以推論，這部分內(nèi)容可以根據(jù)讀者的實際情況作為參考。對自動控制系統(tǒng)部分，以工程上應用最廣泛、最重要、具有典型性的控制系統(tǒng)為主，著重講述理論部分未涉及、但工程應用中必須考慮的一些問題；并注意應用理論分析中的一些方法或結(jié)論對其特點、優(yōu)缺點、應用場合等加以分析?！　∪珪卜制哒?。第一章 自動控制的基本知識，第二章 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，第三章 被控對象的動態(tài)特性，第四章 自動控制系統(tǒng)的時域分析，第五章 自動控制系統(tǒng)的頻域分析，第六章 簡單控制系統(tǒng)，第七章 復雜控制系統(tǒng)。對于控制實踐中極重要的系統(tǒng)校正問題，為節(jié)省篇幅，將反饋校正與復合校正的內(nèi)容歸于第四章 時域分析中，而將串聯(lián)校正的內(nèi)容放在第五章 頻域分析中。為幫助讀者抓住重點，每章末都有概括其主要內(nèi)容的小結(jié)與要求，并附有一定量的思考題與習題，以幫助鞏固、掌握有關內(nèi)容，訓練靈活應用、解決問題的能力。書后附有各章部分習題的參考答案。以上內(nèi)容適用于一學期的教學量，約需60學時左右?！　”緯蔷幷咴陂L期教學實踐、科研與參加工程實踐的基礎上，博采、消化了國內(nèi)有關兄弟院校教材的精華后編寫的。全書由俞眉芳教授主編，并編寫了第一章 、第二章 、第三章 、第四章 、第五章 ；俞眉芳與清華大學自動化系范全義副教授共同編寫了第六章 、第七章 ?！　”緯星迦A大學自動化系徐博文教授、楊家本教授與王雄教授主審，他們在百忙中對本書進行了認真、細致的審閱，并提出了許多寶貴的修改意見，編者在此向他們表示誠摯的謝意。在編寫過程中，還得到了清華大學張桂甲教授的大力幫助與支持。

內(nèi)容概要

　　《自動控制原理與系統(tǒng)》從工程技術(shù)應用角度出發(fā)，將經(jīng)典線性控制理論中最基本、最重要的內(nèi)容與實際生產(chǎn)過程中應用最廣泛、最常用的典型自動控制系統(tǒng)相結(jié)合編寫。全書主要內(nèi)容包括自動控制的基本知識、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、被控對象的動態(tài)特性、控制系統(tǒng)的時域分析、頻域分析、簡單控制系統(tǒng)與復雜控制系統(tǒng)，共七章。取材上注意：基本、重要、必需、實用。編寫時力求循序漸進、深入淺出、通俗易懂、便于自學。理論部分著重講清基本概念、原理、思路和方法，注意總結(jié)、歸納對自控實踐具有指導意義、應用價值的結(jié)論和規(guī)律；系統(tǒng)部分著重講述理論部分未涉及、而工程應用中必須考慮的一些問題，并注意應用理論部分的一些方法或結(jié)論分析其特點、優(yōu)缺點和應用場合等。為幫助讀者抓住重點，各章都有小結(jié)與要求，并配有一定量的例題、習題與思考題。書后附有各章部分習題的參考答案.　　《自動控制原理與系統(tǒng)》適合于高職、高專和成人高校（包括電大、職大）電氣信息類專業(yè)學生使用，也適用于一般工科高等院校非自控各相關類專業(yè)學生，作為少學時自動控制教材；并可供有關工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一章 自動控制的基本知識1.1 自動控制的應用與任務1.2 自動控制系統(tǒng)的組成、控制流程簡圖與原理方框圖1.3 控制系統(tǒng)的負反饋工作原理1.4 控制系統(tǒng)的分類1.5 對自動控制系統(tǒng)的基本要求小結(jié)與要求思考題與習題第二章 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型2.1 標準微分方程的列寫2.2 拉普拉斯（Laplace）變換、反變換及其應用2.3 傳遞函數(shù)與系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的等效變換與信號流圖、梅遜（Mason）公式2.5 系統(tǒng)的典型傳遞函數(shù)及自動控制系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)小結(jié)與要求思考題與習題第三章 被控對象的動態(tài)特性3.1 被控對象的階躍響應與動態(tài)方程3.2 對象的特性參數(shù)及其對控制質(zhì)量的影響3.3 時域法測試對象動態(tài)特性及確定其傳遞函數(shù)小結(jié)與要求思考題與習題第四章 自動控制系統(tǒng)的時域分析4.1 系統(tǒng)輸出響應組成的分析4.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析4.3 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析4.4 控制系統(tǒng)的動態(tài)分析4.5 控制系統(tǒng)的校正小結(jié)與要求思考題與習題第五章 自動控制系統(tǒng)的頻域分析5.1 頻率特性的概念與求算5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性5.3 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線繪制及應用5.4 頻域的穩(wěn)定性判據(jù)5.5 系統(tǒng)閉環(huán)、開環(huán)頻率特性與時域階躍響應的關系5.6 頻域法分析與設計系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置小結(jié)與要求思考題與習題第六章 簡單控制系統(tǒng)6.1 概述6.2 被控量與操作控制量的選擇6.3 信號測量與傳送中注意的問題6.4 基本控制規(guī)律對控制質(zhì)量的影響及其選擇6.5 自動調(diào)節(jié)閥選型6.6 簡單控制系統(tǒng)的工程整定與投運小結(jié)與要求思考題與習題第七章 復雜控制系統(tǒng)7.1 串級控制系統(tǒng)及其應用7.2 前饋一反饋控制系統(tǒng)及其應用7.3 其它常用的過程控制系統(tǒng)小結(jié)與要求思考題附錄部分習題參考答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.分析、了解控制系統(tǒng)的動態(tài)特性是研究一個自動控制系統(tǒng)的核心問題。為此，首先應掌握建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。它是設計、分析、改進、完善自控系統(tǒng)的依據(jù)。本章介紹了微分方程、傳遞函數(shù)、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖、信號流圖四種數(shù)學模型形式，及其建立的方法與相互關系?！　?.標準微分方程是最基本的時域數(shù)學模型。輸出量c（t）對輸入量r（t）的單位階躍響應則是對微分方程求解后的一種時域圖形表示。列寫微分方程的步驟、方法不難掌握，關鍵是對系統(tǒng)及其各組成部分的具體工作原理、物理本質(zhì)要求了解透徹，才能抓住主要矛盾，建立一個正確、合理（既簡單又有足夠精度）的微分方程。該方法主要適用于機理成熟、較為簡單的系統(tǒng)，但比較繁瑣，并要求使用者有較寬的知識面?！　?.傳遞函數(shù)是系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的復數(shù)域數(shù)學模型。它由標準微分方程在零初始條件下經(jīng)拉氏變換而得。應該明確它的定義及一些基本性質(zhì)。按照數(shù)學模型類型的不同，一個自動控制系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)主要由比例、慣性、積分、微分、振蕩及純滯后等一些典型環(huán)節(jié)組合而成。熟悉其動態(tài)特性將有助于對整個系統(tǒng)的分析?！　?.動態(tài)結(jié)構(gòu)圖是系統(tǒng)復數(shù)域數(shù)學模型——傳遞函數(shù)的一種圖解表示法，有簡明、形象、直觀、運算簡單的特點。利用結(jié)構(gòu)圖的等效變換法則能方便地求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，在分析自動控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，應該熟練掌握這種分析方法。動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的畫法也要求熟練掌握：由系統(tǒng)標準微分方程組經(jīng)拉氏變換得到系統(tǒng)的標準變換方程組，然后從輸入端開始，按照系統(tǒng)中各信號之間的傳遞關系，依次畫出各子變換方程式輸入量與輸出量之間的傳遞函數(shù)方框圖，最后連結(jié)整個系統(tǒng)中各同名信號線。

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