自動控制原理

前言

隨著工業(yè)生產和科學技術的發(fā)展，自動控制技術已經廣泛深入地應用于工農業(yè)生產、交通運輸、國防現(xiàn)代化和航空航天等許多領域。自動控制原理作為工科院校重要的技術基礎課，不僅對工程技術有指導作用，而且對培養(yǎng)學生的辯證思維能力，建立理論聯(lián)系實際的科學觀點和提高綜合分析問題的能力，都具有重要的作用。深入理解、掌握自動控制原理課程的概念、思想和方法，對于學生日后解決實際控制工程問題，掌握控制理論其他學科領域的知識，都是必備的基礎。本書是根據(jù)多年來的教學實踐，學習、借鑒兄弟院校同類教材的優(yōu)點，在西北工業(yè)大學出版社出版的《自動控制原理》（第1版）教材的基礎上，經過全面修訂、補充、更新而完成的。本書被列為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。本書比較全面地闡述了自動控制的基本原理，系統(tǒng)地介紹了自動控制系統(tǒng)分析和綜合設計的基本方法。全書共分八章。前五章涉及線性定常連續(xù)系統(tǒng)的理論，具體包括自動控制的一般概念，描述系統(tǒng)的數(shù)學模型及其建立方法，用于系統(tǒng)分析、校正的時域法、根軌跡法和頻域法。詳細討論了系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性、準確性的定量計算與系統(tǒng)反饋、前饋校正方法，介紹了根軌跡的繪制法則以及利用根軌跡分析系統(tǒng)性能的方法，系統(tǒng)講述了頻率特性的繪制、頻域中的穩(wěn)定判據(jù)、性能分析以及串聯(lián)校正方法。第6章的內容較第1版有了較大的改動，主要講述線性定常離散系統(tǒng)理論，介紹z變換理論和描述離散系統(tǒng)的數(shù)學模型，闡明離散系統(tǒng)性能的分析方法與連續(xù)系統(tǒng)分析方法的相似性，討論數(shù)字控制器的模擬化校正實現(xiàn)方法和數(shù)字校正設計方法。第7章的內容屬非線性控制理論，介紹分析非線性系統(tǒng)的相平面法和描述函數(shù)法。第8章講述現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間分析與綜合設計方法，系統(tǒng)介紹了控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述，運動分析，穩(wěn)定性分析，可控性、可觀測性，以及極點配置和狀態(tài)觀測器設計等內容。書中凡用計算機繪的圖均附有相應的MATLAB程序，各章配有適量的習題，以配合課堂教學，目的在于幫助讀者準確理解有關概念，掌握解題方法和技巧，檢驗計算結果，把握課程的體系結構。附錄中有拉氏變換表、綜合練習題及各章習題答案。

內容概要

　　本書比較全面、系統(tǒng)地介紹了自動控制理論的基本內容和控制系統(tǒng)的分析、校正及綜合設計方法。全書分為8章，主要包括自動控制的基本概念，系統(tǒng)數(shù)學模型的建立，用于對控制系統(tǒng)進行分析、校正的時域法、根軌跡法和頻域法，線性離散系統(tǒng)的分析與校正方法，分析非線性系統(tǒng)的相平面法和描述函數(shù)法，以及控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合設計方法等內容。書中凡用計算機繪的圖均附有相應的MATLAB程序，每章配有適當?shù)牧曨}；附錄中有綜合練習題以及各章習題的答案。
本書可作為高等學校電子信息科學類、儀器儀表類、電氣信息類、自動控制類等相關專業(yè)的教材，可作為成人教育和繼續(xù)教育的教材，也可作為科技人員的參考用書。

書籍目錄

第1章 自動控制的一般概念
　1.1 引言
　1.2 自動控制理論發(fā)展概述
　1.3 自動控制和自動控制系統(tǒng)的基本概念
　　1.3.1 自動控制問題的提出
　　1.3.2　開環(huán)控制系統(tǒng)
　　1.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)
　　1.3.4 開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較
　　1.3.5　復合控制系統(tǒng)
　1.4 自動控制系統(tǒng)的基本組成
　1.5　控制系統(tǒng)示例
　1.6 自動控制系統(tǒng)的分類
　　1.6.1 恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)
　　1.6.2　定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)
　　1.6.3 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)
　　1.6.4　連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)
　　1.6.5 單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)
　1.7　對控制系統(tǒng)性能的基本要求
　1.8　本課程的研究內容
　第1章小結
　習題1
第2章　控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
　2.1 引言
　2.2　控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型
　　2.2.1 線性元部件、線性系統(tǒng)微分方程的建立
　　2.2.2 非線性系統(tǒng)微分方程的線性化
　　2.2.3 線性定常微分方程的求解
　　2.2.4　運動的模態(tài)
　2.3　控制系統(tǒng)的復域數(shù)學模型
　　2.3.1　傳遞函數(shù)
　　2.3.2 常用控制元件的傳遞函數(shù)
　　2.3.3　典型環(huán)節(jié)
　　2.3.4 傳遞函數(shù)的標準形式
　2.4　控制系統(tǒng)的結構圖及其等效變換
　　2.4.1 結構圖
　　2.4.2　結構圖等效變換
　2.5　控制系統(tǒng)的信號流圖
　　2.5.1　信號流圖
　　2.5.2　梅遜增益公式
　2.6　控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
　　2.6.1 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)
　　2.6.2 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
　　2.6.3 閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)
　第2章小結
　習題2
第3章　線性系統(tǒng)的時域分析與校正
　3.1　概述
　　3.1.1 時域法的作用和特點
　　3.1.2 時域法常用的典型輸入信號
　　3.1.3 系統(tǒng)的時域性能指標
　3.2　一階系統(tǒng)的時間響應及動態(tài)性能
　　3.2.1 一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)標準形式及單位階躍響應
　　3.2.2 一階系統(tǒng)動態(tài)性能指標計算
　　3.2.3 典型輸入下一階系統(tǒng)的響應
　3.3　二階系統(tǒng)的時間響應及動態(tài)性能
　　3.3.1 二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)標準形式及分類
　　3.3.2 過阻尼二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標計算
　　3.3.3 欠阻尼二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標計算
　　3.3.4 改善二階系統(tǒng)動態(tài)性能的措施
　　3.3.5 附加閉環(huán)零、極點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
　3.4　高階系統(tǒng)的階躍響應及動態(tài)性能
　　3.4.1 高階系統(tǒng)單位階躍響應
　　3.4.2 閉環(huán)主導極點
　　3.4.3 估算高階系統(tǒng)動態(tài)性能指標的零點極點法
　3.5　線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
　　3.5.1　穩(wěn)定性的概念
　　3.5.2 穩(wěn)定的充分必要條件
……
第4章　根軌跡法
第5章　線性系統(tǒng)的頻域分析與校正
第6章　線性離散系列的分析與校正
第7章　非線性控制系統(tǒng)分析
第8章　控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合
附錄
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：1.6.2 定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化，可以將系統(tǒng)分為定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)。如果控制系統(tǒng)的參數(shù)在系統(tǒng)運行過程中不隨時間變化，則稱之為定常系統(tǒng)或者時不變系統(tǒng)，否則，稱其為時變系統(tǒng)。實際系統(tǒng)中的溫漂、元件老化等影響均屆時變因素。嚴格的定常系統(tǒng)是不存在的，在所考察的時間間隔內，若系統(tǒng)參數(shù)的變化相對于系統(tǒng)的運動緩慢得多，則可將其近似作為定常系統(tǒng)來處理。1.6.3 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)按系統(tǒng)是否滿足疊加原理，可將系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。由線性元部件組成的系統(tǒng)，稱為線性系統(tǒng)，系統(tǒng)的運動方程能用線性微分方程描述。線性系統(tǒng)的主要特點是具有齊次性和疊加性，系統(tǒng)響應與初始狀態(tài)無關，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與輸入信號無關。如果控制系統(tǒng)中含有一個或一個以上非線性元件，這樣的系統(tǒng)就屬于非線性控制系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)不滿足疊加原理，系統(tǒng)響應與初始狀態(tài)和外作用都有關。非線性控制系統(tǒng)的有關內容將在第7章中介紹。

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《自動控制原理(第2版)》為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材之一。

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