自動控制原理

前言

隨著科學技術的不斷進步，電氣工程與自動化技術正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我國工業(yè)的整體面貌。同時，對社會的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著與信息科學、計算機科學和能源科學等相關學科的交叉融合，它正在向智能化、網(wǎng)絡化和集成化的方向發(fā)展。教育是培養(yǎng)人才和增強民族創(chuàng)新能力的基礎，高等學校作為國家培養(yǎng)人才的主要基地，肩負著教書育人的神圣使命。在實際教學中，根據(jù)社會需求，構建具有時代特征、反映最新科技成果的知識體系是每個教育工作者義教書育人，教材先行。機械工業(yè)出版社幾十年來出版了大量的電氣工程與自動化類教材，有些教材十幾年、幾十年長盛不衰，有著很好的基礎。為了適應我國目前高等學校電氣工程與自動化類專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，配合各高等學校的教學改革進程，滿足不同類型、不同層次的學校在課程設置上的需求，由中國機械工業(yè)教育協(xié)會電氣工程及自動化學科教學委員會、中國電工技術學會高校工業(yè)自動化教育專業(yè)委員會、機械工業(yè)出版社共同發(fā)起成立了“全國高等學校電氣工程與自動化系列教材編審委員會”，組織出版新的電氣工程與自動化類系列教材。這套教材基于“加強基礎，削枝強干，循序漸進，力求創(chuàng)新”的原則，通過對傳統(tǒng)課程內(nèi)容的整合、交融和改革，以不同的模塊組合來滿足各類學校特色辦學的需要。

內(nèi)容概要

　　本書為作者主持完成的國家精品課程“自動控制原理”建設成果之一，面向機械、電子、計算機、通信、化工、儀器儀表等非自動化類專業(yè)學生，從應用角度系統(tǒng)地闡述自動控制的基本方向，注重實用性。全書共7章。第1章介紹自動控制的基本概念。第2章介紹連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，包括微分方程、傳遞函數(shù)、結構圖等。作為必要的數(shù)學基礎，簡要介紹了拉普拉斯變換的基本方法。第3章介紹線性連續(xù)系統(tǒng)的時域分析方法，包括穩(wěn)定性、暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)誤差等系統(tǒng)性能的分析。第4章介紹控制系統(tǒng)的頻率法。第5章介紹控制系統(tǒng)中廣為應用的PID控制工程設計方法。第6章介紹離散系統(tǒng)的分析方法。第7章介紹非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法?！蹲詣涌刂圃恚ǚ亲詣踊悾访空伦詈蠖己喴榻B了使用MATLAB仿真軟件輔助分析控制系統(tǒng)的方法。書后給出了習題參考答案?！　　蹲詣涌刂圃恚ǚ亲詣踊悾房勺鳛殡娮有畔㈩?、儀器儀表類、機械類、化工類等非自動化類專業(yè)的控制工程基礎、自動控制原理等課程教材，也可以作為教學型大學自動化、電氣工程及其自動化等專業(yè)的自動控制原理課程教材。對于少學時的專業(yè)，可以只講授第1-5章的主要內(nèi)容。

作者簡介

王萬良，江蘇高郵人，1957年出生。1997年晉升教授。1982年1月江蘇大學工業(yè)電氣自動化專業(yè)畢業(yè)。2001年8月同濟大學控制理論與控制工程專業(yè)博士研究生畢業(yè)。獲工學博士學位。2002年和2007年分別獲得香港包氏獎學金和國家留學基金資助赴英國曼徹斯特大學、美國佐治亞理工大學等訪問。 現(xiàn)任浙江工業(yè)大學教授、浙江省高校重點學科控制理論與控制工程學科帶頭人、博士學位點負責人、控制理論與控制工程專業(yè)博士生導師、技術經(jīng)濟及管理專業(yè)博士生導師、國家精品課程《自動控制原理》負責人。兼任教育部高等學校電氣工程及其自動化專業(yè)教學指導分委員會委員、中國人工智能學會理事、智能系統(tǒng)工程專業(yè)委員會副主任、智能交通專業(yè)委員會副主任，中國系統(tǒng)仿真學會理事、浙江省重大應用電子技術和新型電子元器件咨詢專家組副組長、國家科技獎會議評審專家、《系統(tǒng)仿真學報》與《化工自動化及儀表》等雜志編委。享受國務院“政府特殊津貼”。2008年獲得國家教學名師獎。

書籍目錄

序前言第1章 緒論1.1 自動控制系統(tǒng)簡介1.2 自動控制系統(tǒng)的類型1.3 控制系統(tǒng)性能的基本要求1.4 本章小結習題第2章 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學模型2.1 系統(tǒng)數(shù)學模型的概念2.2 微分方程模型2.3 拉普拉斯變換2.4 傳遞函數(shù)2.5 結構圖2.6 控制系統(tǒng)數(shù)學模型的MATLAB表示2.7 本章小結習題第3章 時域分析法3.1 穩(wěn)定性分析3.2 暫態(tài)性能分析3.3 穩(wěn)態(tài)性能分析3.4 MATLAB輔助分析控制系統(tǒng)時域性能3.5 本章小結習題第4章 頻率法4.1 頻率特性4.2 典型環(huán)節(jié)的伯德圖4.3 控制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的伯德圖4.4 由伯德圖確定傳遞函數(shù)4.5 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)4.6 相對穩(wěn)定性分析4.7 MATLAB在頻率法中的應用4.8 本章小結習題第5章 PID控制設計方法5.1 控制系統(tǒng)設計概述5.2 PID控制及其對系統(tǒng)性能的影響5.3 PID控制器的工程設計方法5.4 Simulink在控制系統(tǒng)仿真中的應用5.5 本章小結習題第6章 離散系統(tǒng)控制理論6.1 信號的采樣與保持6.2 差分方程6.3 Z變換6.4 z傳遞函數(shù)6.5 穩(wěn)定性分析6.6 暫態(tài)性能分析6.7 穩(wěn)態(tài)誤差分析6.8 數(shù)字PID控制6.9 MATLAB在離散系統(tǒng)分析中的應用6.10 本章小結習題第7章 非線性控制系統(tǒng)分析7.1 典型非線性特性7.2 描述函數(shù)法7.3 典型非線性特性的描述函數(shù)7.4 用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)的自激振蕩7.5 MATLAB在非線性系統(tǒng)分析中的應用7.6 本章小結習題習題參考答案參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章 緒論自動化技術幾乎滲透到國民經(jīng)濟的各個領域及社會生活的各個方面，是當代發(fā)展最迅速、應用最廣泛、最引人注目的技術之一，是推動新的技術革命和產(chǎn)業(yè)革命的關鍵技術。在某種程度上說，自動化是現(xiàn)代化的同義詞。自動控制理論研究分析、設計自動控制系統(tǒng)的基本方法。本章從介紹自動控制的發(fā)展歷史入手，引出利用自動控制理論分析、設計自動控制系統(tǒng)的基本思路，然后介紹自動控制的基本概念，以及對自動控制系統(tǒng)的基本要求，使讀者對自動控制理論的總目標有個基本了解。1.1 自動控制系統(tǒng)簡介1769年瓦特發(fā)明的蒸汽機，推動了工業(yè)革命的進一步發(fā)展。但是，當時的蒸汽機需要人不斷地手工調(diào)節(jié)蒸汽閥門才能保持蒸汽機的速度穩(wěn)定，蒸汽機的應用受到調(diào)速精度的限制。為了解決蒸汽機的速度控制問題，瓦特于1788年又發(fā)明了飛球調(diào)節(jié)器，這是被公認的第一個自動控制系統(tǒng)。其工作原理如圖1.1所示。它是一個與蒸汽機軸相聯(lián)的機械裝置，當蒸汽機的負載減輕或者蒸汽溫度升高等原因導致蒸汽機轉速升高時，飛球調(diào)節(jié)器的轉速也升高，離心力增加，飛球升高，帶著套環(huán)上升，汽閥聯(lián)結器關小蒸汽閥門，從而降低蒸汽機速度。反之，當蒸汽機的負載增加或者蒸汽溫度下降等原因導致蒸汽機轉速降低時，飛球調(diào)節(jié)器的轉速也下降，離心力減小，飛球降低，帶著套環(huán)下降，汽閥聯(lián)結器開大蒸汽閥門，從而提高蒸汽機速度?？梢姡M管存在負載、蒸汽溫度變化等擾動，蒸汽機速度仍然可以穩(wěn)定在設定值上。飛球調(diào)節(jié)器的發(fā)明進一步推動了蒸汽機的應用，促進了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。但是，有時為了提高調(diào)速精度，反而使蒸汽機速度出現(xiàn)大幅度振蕩，其后出現(xiàn)的其他自動控制系統(tǒng)也有類似現(xiàn)象發(fā)生。由于當時還沒有自動控制理論，所以不能從理論上解釋這一現(xiàn)象。為了解決這個問題，不少人為提高離心式調(diào)速機的控制精度進行了改進研究。有人認為系統(tǒng)振蕩是因為調(diào)節(jié)器的制造精度不夠，從而努力改進調(diào)節(jié)器的制造工藝，這種盲目的探索持續(xù)了大約一個世紀之久。

編輯推薦

《自動控制原理(非自動化類)》由機械工業(yè)出版社出版。

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