自動(dòng)控制原理

前言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊。它不僅大量應(yīng)用于空間科技、冶金、輕工、機(jī)電工程及交通管理、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，而且正不斷向生物、人類(lèi)社會(huì)等其他領(lǐng)域滲透。自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不但使得生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善了勞動(dòng)條件；同時(shí)，在人類(lèi)征服大自然，改善居住、生活條件等方面也發(fā)揮了非常重要的作用?！　∽詣?dòng)控制技術(shù)的主要作用是不需要人的直接參與，而控制某些物理量按照指定的規(guī)律變化。由于自動(dòng)控制技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的廣泛滲透，控制理論已逐漸成為許多學(xué)科共同的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，且愈來(lái)愈占有重要的位置?！　∽詣?dòng)控制技術(shù)的研究對(duì)象為自動(dòng)控制系統(tǒng)。分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)就是自動(dòng)控制原理。自動(dòng)控制原理一般分為“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”。本書(shū)主要介紹經(jīng)典控制理論的內(nèi)容?！　「鶕?jù)應(yīng)用型本科院校教學(xué)改革的方向，按以下思路安排章節(jié)次序：首先對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念作了必要的敘述，繼而討論實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立方法，在此基礎(chǔ)上，用時(shí)域法引出系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性的基本概念，并分析了低階系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。在編寫(xiě)中介紹了根軌跡法及工程上常用的頻率特性法，并結(jié)合了工程實(shí)際介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正方法。由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，本書(shū)用適當(dāng)?shù)钠榻B了線性離散控制系統(tǒng)的分析方法?？紤]到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)分析中應(yīng)用得越來(lái)越廣泛，已成為分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的有力工具，在附錄I中結(jié)合各章內(nèi)容介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真方法，以幫助初學(xué)者入門(mén)?！　”緯?shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，注意了應(yīng)用型本科教育的特點(diǎn)，適當(dāng)降低了理論深度，內(nèi)容編寫(xiě)力求深入淺出、循序漸進(jìn)，注意物理概念的闡述，盡量避免繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，緊密結(jié)合具體的自動(dòng)控制系統(tǒng)介紹經(jīng)典控制理論的最基本的內(nèi)容，使抽象的控制理論與系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)相結(jié)合，理論和實(shí)踐相結(jié)合，為讀者學(xué)習(xí)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。　　本書(shū)由張建民教授主編并統(tǒng)稿，曹艷為副主編。參加本書(shū)編寫(xiě)的人員有張建民（第一章，第二章中第三、四節(jié)，第三章）、曹艷（第二章第一、二節(jié)，第四章，第五章）、劉書(shū)智（第六章）、劉海波（第七章、附錄）。全書(shū)由李文秀教授主審。　　本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，參考了同行們的論著，在此，編者對(duì)他們表示由衷的謝意。　　由于編者水平有限，書(shū)中一定存在疏漏和不妥之處，殷切期望使用本書(shū)的教師和讀者提出批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書(shū)為21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材。    本書(shū)闡述了經(jīng)典控制理論的基本概念、原理和各種分析方法。全書(shū)共分七章，主要內(nèi)容有系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立方法，線性連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域、根軌跡和頻域理論，如系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、靜態(tài)性能、穩(wěn)定性及校正方法；同時(shí)適當(dāng)?shù)亟榻B了離散控制系統(tǒng)的分析方法。本書(shū)力求突出物理概念、盡量減少繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，內(nèi)容敘述深入淺出，通俗易懂。書(shū)中對(duì)PID作了重點(diǎn)介紹，并用一定篇幅介紹了系統(tǒng)仿真軟件的應(yīng)用。    本書(shū)可作為應(yīng)用型本科院校電氣工程及其自動(dòng)化、測(cè)量技術(shù)及控制、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材，也可作為從事自動(dòng)化工作的工程技術(shù)人員的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第一章　自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念　第一節(jié)　自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)　第二節(jié)　自動(dòng)控制系統(tǒng)的類(lèi)型　第一節(jié)　閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成　第四節(jié)　自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求　小結(jié)　習(xí)題第二章　自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型　第一節(jié)　系統(tǒng)微分方程式的編寫(xiě)　第二節(jié)　傳遞函數(shù)　第三節(jié)　系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其等效變換　第四節(jié)　自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)　小結(jié)　習(xí)題第三章　自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析　第一節(jié)　自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)　第二節(jié)　一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析　第三節(jié)　典型二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析　第四節(jié)　高階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析　第五節(jié)　自動(dòng)控制系統(tǒng)的代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)　第六節(jié)　控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差　小結(jié)　習(xí)題第四章　線性控制系統(tǒng)的根軌跡分析法　第一節(jié)　根軌跡的基本概念　第二節(jié)　根軌跡繪制的基本法則　第一節(jié)　廣義根軌跡　第四節(jié)　系統(tǒng)性能分析　小結(jié)　習(xí)題第五章　控制系統(tǒng)的頻域分析法　第一節(jié)　頻率特性的基本概念　第二節(jié)　典型環(huán)節(jié)的頻率特性　第三節(jié)　系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性　第四節(jié)　用開(kāi)環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)穩(wěn)定性　第五節(jié)　用開(kāi)環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)性能　第六節(jié)　用閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)性能　小結(jié)　習(xí)題第六章　自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正　第一節(jié)　校正的基本概念　第二節(jié)　串聯(lián)校正　第三節(jié)民反饋校正　第四節(jié)　控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法　小結(jié)　習(xí)題第七章　線性離散控制系統(tǒng)的分析　第一節(jié)　離散控制系統(tǒng)概述　第二節(jié)　離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)　第三節(jié)　脈沖傳遞函數(shù)　第四節(jié)　離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析　第五節(jié)　離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差　第六節(jié)　離散控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析　小結(jié)　習(xí)題附錄　附錄Ⅰ 自動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真　第一節(jié)　自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB表示　　第二節(jié)　線性系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)分析　　第三節(jié)　線性系統(tǒng)的根軌跡分析　　第四節(jié)　線性系統(tǒng)的頻域分析　 附錄Ⅱ 常用函數(shù)的拉氏變換與Z變換對(duì)照表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一章　自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念　　在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，自動(dòng)控制技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展，并且應(yīng)用在各行各業(yè)。無(wú)論是在航空航天領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域，還是民用領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域，自動(dòng)控制技術(shù)所取得的成就都是驚人的。自動(dòng)控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制理論，而自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了自動(dòng)控制理論的進(jìn)一步完善?！　”菊陆榻B自動(dòng)控制的一些基本概念、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和分類(lèi)、對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求等內(nèi)容?！　〉谝还?jié)　自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)　　一、自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)的含義　　所謂自動(dòng)控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（控制器或控制裝置），使機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行?！　∠旅嬉誀t溫控制系統(tǒng)為例，說(shuō)明自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。　　該系統(tǒng)的控制目標(biāo)是通過(guò)調(diào)整自耦變壓器滑動(dòng)端的位置，來(lái)改變電阻爐的溫度，并使其恒定不變。因?yàn)楸豢刂频脑O(shè)備是電阻爐，被控量是電阻爐的溫度，所以該系統(tǒng)可稱為溫度控制系統(tǒng)。爐溫的給定量由電位器滑動(dòng)端位置所對(duì)應(yīng)的電壓值Ug給出，爐溫的實(shí)際值由熱電偶測(cè)試出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成電壓Uf，再把Ur反饋到系統(tǒng)的輸入端與給定電壓Ug比較（通過(guò)二者極性反接實(shí)現(xiàn)），產(chǎn)生反映實(shí)際爐溫與給定爐溫偏差的信號(hào)。由于擾動(dòng)（例如電源電壓波動(dòng)或加熱物件多少等）影響，爐溫偏離了給定值，其偏離電壓經(jīng)過(guò)放大，控制可逆伺服電動(dòng)機(jī)M，帶動(dòng)自耦變壓器的滑動(dòng)端，改變電壓Uc，使?fàn)t溫保持在給定溫度值上。這樣，就實(shí)現(xiàn)了無(wú)人直接參與的自動(dòng)爐溫控制?！　∪缟戏治觯瑢⒈豢貙?duì)象和控制裝置按照一定的方式連接起來(lái)，組成一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的自動(dòng)控制任務(wù)，就構(gòu)成了自動(dòng)控制系統(tǒng)。

圖書(shū)封面

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