自動控制原理及其應(yīng)用

前言

本書是為適應(yīng)應(yīng)用型本科自動化、機(jī)電類、電氣信息類專業(yè)的教學(xué)需要而編寫的。自動控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，除了在國防、空間科技等尖端領(lǐng)域里成為不可或缺的重要技術(shù)之外，在機(jī)電工程、冶金、化工、輕工、交通管理、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)的作用也曰顯突出。自動控制技術(shù)的運(yùn)用大大提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)，也改善了勞動條件，在改善人類的居住環(huán)境和提高生活質(zhì)量方面也發(fā)揮了非常重要的作用。自動控制原理是自動控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)。一般，可將自動控制原理分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論?？紤]到實(shí)際工程應(yīng)用的需要，同時(shí)結(jié)合相當(dāng)一部分應(yīng)用型本科院校的課程體系，本書以經(jīng)典控制理論及其應(yīng)用為主要內(nèi)容，共分為七章：概述、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析法、根軌跡分析法、頻率特性法、控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)以及采樣控制系統(tǒng)分析。本書第1版發(fā)行后，受到了廣大讀者的歡迎，在此深表謝意。第1版的主要特點(diǎn)是：突出物理概念，減少數(shù)學(xué)推導(dǎo)；從自動控制原理的角度對工程實(shí)例進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，以解決理論如何應(yīng)用于工程實(shí)際的問題；有關(guān)各章都結(jié)合本章內(nèi)容介紹了運(yùn)用MATLAB分析和設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)的基本方法；有形象生動的多媒體教學(xué)課件與本書內(nèi)容相匹配。第2版除了繼續(xù)保持第1版的主要特點(diǎn)之外，還對工程應(yīng)用中常用知識的介紹做了進(jìn)一步強(qiáng)化，例如PID控制器；而對實(shí)際中應(yīng)用較少的知識的介紹則進(jìn)行了弱化，例如，結(jié)合介紹根軌跡的特征，對手工繪制根軌跡的方法進(jìn)行了縮簡介紹，同時(shí)，刪除了廣義根軌跡一節(jié)；對知識及方法的介紹更加強(qiáng)調(diào)實(shí)用性；重新調(diào)整了習(xí)題及其參考答案等。本書由南京工程學(xué)院黃堅(jiān)任主編，并編寫了大部分章節(jié)。宋麗蓉任副主編，陳桂和高金鳳參加了本書的編寫。本書由南京理工大學(xué)吳曉蓓教授主審，她花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，對全書進(jìn)行了仔細(xì)的審閱并提出了寶貴的修改意見。在此，向所有對本書出版給予支持和幫助的各位表示衷心的感謝。

內(nèi)容概要

本書從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，介紹了自動控制的基本理論及其工程應(yīng)用，包括時(shí)域法、根軌跡法、頻率法、系統(tǒng)校正與設(shè)計(jì)、采樣系統(tǒng)分析等內(nèi)容?！蹲詣涌刂圃砑捌鋺?yīng)用(第2版)》的主要特點(diǎn)是：突出物理概念，減少數(shù)學(xué)推導(dǎo)；強(qiáng)化工程應(yīng)用中常用知識的介紹，弱化純理論或相對陳舊知識的介紹；全書采用不同方法對一個(gè)工程實(shí)例進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，以此來闡明自動控制原理的應(yīng)用；有關(guān)各章都結(jié)合本章內(nèi)容介紹了MATLAB的使用；根據(jù)書本內(nèi)容，設(shè)計(jì)制作了形象生動的多媒體課件?！　”緯m合應(yīng)用型本科自動化、機(jī)電類、電氣信息類專業(yè)使用，也可作為各類獨(dú)立學(xué)院、職業(yè)技術(shù)學(xué)院、專科學(xué)校、成人高校相關(guān)專業(yè)的教材。

書籍目錄

第一章  概述  第一節(jié)  自動控制與自動控制系統(tǒng)  第二節(jié)  自動控制系統(tǒng)的分類  第三節(jié)  對控制系統(tǒng)的性能要求  第四節(jié)  自動控制理論發(fā)展簡述  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)的微分方程  第二節(jié)  數(shù)學(xué)模型的線性化  第三節(jié)  傳遞函數(shù)  第四節(jié)  動態(tài)結(jié)構(gòu)圖  第五節(jié)  反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)  第六節(jié)  控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立舉例  第七節(jié)  用MATLAB處理系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型  小結(jié)  習(xí)題第三章  時(shí)域分析法  第一節(jié)  系統(tǒng)性能指標(biāo)  第二節(jié)  一階系統(tǒng)性能分析  第三節(jié)  二階系統(tǒng)性能分析  第四節(jié)  高階系統(tǒng)的時(shí)域分析  第五節(jié)  控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析  第六節(jié)  控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析  第七節(jié)  用時(shí)域法分析系統(tǒng)性能舉例  第八節(jié)  MATLAB用于時(shí)域分析  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)  根軌跡的基本特征及作圖方法  第三節(jié)  用根軌跡法分析系統(tǒng)性能  第四節(jié)  MATLAB用于根軌跡分析  小結(jié)  習(xí)題第五章  頻率特性法  第一節(jié)  頻率特性的基本概念  第二節(jié)  典型環(huán)節(jié)與系統(tǒng)的頻率特性  第三節(jié)  用實(shí)驗(yàn)法確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)  第四節(jié)  用頻率特性法分析系統(tǒng)穩(wěn)定性  第五節(jié)  頻率特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系  第六節(jié)  用頻率特性法分析系統(tǒng)性能舉例  第七節(jié)  MATLAB用于頻域分析  小結(jié)  習(xí)題第六章  控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)  第一節(jié)  系統(tǒng)校正的一般方法  第二節(jié)  控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法  第三節(jié)  控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例  第四節(jié)  MATLAB用于系統(tǒng)校正與設(shè)計(jì)  小結(jié)  習(xí)題第七章  采樣控制系統(tǒng)分析  第一節(jié)  采樣控制系統(tǒng)的基本概念  第二節(jié)  采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)  第三節(jié)  采樣控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)  第四節(jié)  采樣控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析  第五節(jié)  采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析  第六節(jié)  采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析  第七節(jié)  MATLAB用于采樣控制系統(tǒng)分析  小結(jié)  習(xí)題附錄1  常用函數(shù)的拉氏變換與z變換對照表附錄2  MATLAB應(yīng)用簡介附錄3  部分習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：當(dāng)對象或環(huán)境特性變化時(shí)，為了使系統(tǒng)能自行調(diào)節(jié)，以跟蹤這種變化并保持良好的品質(zhì)，又出現(xiàn)了自適應(yīng)控制。雖然現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容很豐富，與經(jīng)典控制理論相比較，它能解決更多更復(fù)雜的控制問題，但對于單輸入、單輸出線性定常系統(tǒng)而言，用經(jīng)典控制理論來分析和設(shè)計(jì)，仍是最實(shí)用最方便的。同時(shí)，經(jīng)典控制理論涉及的基本原理和主要方法也是控制理論的基礎(chǔ)和核心。真正優(yōu)良的設(shè)計(jì)必須允許模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不精確并可在一定范圍內(nèi)變化，即具有魯棒性。這是當(dāng)前的重要前沿課題之一。另外，使理論實(shí)用化的一個(gè)重要途徑就是數(shù)學(xué)模擬（仿真）和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）。前面談到的主要是針對線性系統(tǒng)的線性理論。近年來，在非線性系統(tǒng)理論、離散事件系統(tǒng)、大系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)理論等方面均有不同程度的發(fā)展。智能控制在實(shí)用方面也得到了很快的發(fā)展，它主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。總之，自動控制理論正隨著技術(shù)和現(xiàn)代工程的發(fā)展而不斷發(fā)展，而它反過來又成為高新技術(shù)發(fā)展的重要理論根據(jù)。本書所介紹的內(nèi)容是該理論中最基本的也是最重要的內(nèi)容，即經(jīng)典控制理論部分。它在工程實(shí)踐中用得最多，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)自動控制理論的基礎(chǔ)。（1）自動控制就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱受控對象，使被控量等于給定值。（2）最基本的控制方式有開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制實(shí)行起來簡單，但抗擾動能力較差，控制精度相對較低。自動控制原理中主要討論閉環(huán)控制方式，其主要特點(diǎn)是抗擾動能力強(qiáng)，控制精度高，但穩(wěn)定性問題較為突出。另外，復(fù)合控制是在閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，引入前饋補(bǔ)償控制，可以在不改變系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，提高其精度及抗外部干擾的能力。（3）根據(jù)需要，可將自動控制系統(tǒng)按照不同的分類方法進(jìn)行歸類。本書將主要討論線性定常系統(tǒng)。（4）一般，可從穩(wěn)（能否正常工作）、快（快速響應(yīng)能力）、準(zhǔn)（控制精度）等幾方面的性能來評價(jià)自動控制系統(tǒng)。而這幾方面的性能往往是相互制約的，因而需根據(jù)不同的工作任務(wù)來分析和設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)，使其在滿足主要性能要求的同時(shí)，兼顧其他性能。（5）自動控制理論是分析和設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，大致可分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩大部分，本書主要介紹經(jīng)典控制理論。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，自動控制理論也在不斷發(fā)展，了解這方面的情況，對于學(xué)習(xí)和掌握自動控制技術(shù)也是十分必要的。

編輯推薦

《自動控制原理及其應(yīng)用(第2版)》由高等教育出版社出版。

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