內容簡介
本書的主要任務是講述自動控制系統的基本原理,指導學生掌握實際控制系統的分析和設計方法,樹立最佳化設計思想。內容包括系統結構圖的繪製、數學模型的建立、性能分析與補償設計。主要包括系統在三域(時域、復域、頻域)中的數學模型,系統分析的三要素(穩定性、靜態特性和動態特性),以及基於根軌跡法和頻率法的校正裝置的設計方法,非線性系統及計算機控制系統的分析與設計,等等。
MATLAB是當前一種常用的計算機輔助設計軟體,它為控制系統的分析與設計提供了專用的工具包。本書在各章都將介紹MATLAB的相關套用。本書基本概念清晰,工程實例豐富,配有大量習題(包括一般題、深入題、實際題和MATLAB題)。
本書可作為高等學校工科各專業,如電子信息類、機械工程類、電氣工程類、儀器儀表類、工程物理類等專業本科生學習控制理論的教材,也可供相關領域專業技術人員參考。
圖書目錄
第1章緒論
1.1引言
1.2自動控制系統的基本原理和組成
1.2.1自動控制系統
1.2.2反饋原理與最佳化設計
1.2.3自動控制系統的組成
1.3自動控制系統的分類
1.3.1按信號的傳遞路徑來分
1.3.2按系統輸出信號的變化規律來分
1.3.3按系統傳輸信號的性質來分
1.3.4按系統的輸入輸出特性來分
1.4控制系統實例
1.4.1內燃機的轉速控制系統
1.4.2角度隨動系統
1.5本書概貌
習題
第2章控制系統的數學模型
2.1控制系統的時域數學模型——微分方程
2.1.1系統的微分方程舉例
2.1.2非線性系統的線性化
2.2控制系統的復域數學模型——傳遞函式
2.2.1傳遞函式定義
2.2.2傳遞函式性質
2.3控制系統的頻域數學模型——頻率特性
2.4典型環節及其傳遞函式
2.4.1比例環節
2.4.2微分環節
2.4.3積分環節
2.4.4慣性環節(非周期環節)
2.4.5振盪環節
2.4.6時間延遲環節(時滯環節)
2.5控制系統的方塊圖
2.5.1系統方塊圖
2.5.2方塊圖的基本運算法則
2.5.3系統常用的傳遞函式
2.5.4方塊圖的簡化法則
2.6信號流圖
2.6.1幾個定義
2.6.2信號流圖的性質及運算法則
2.6.3信號流圖與方塊圖之間等效關係
2.6.4梅遜公式
2.7物理元件和系統的數學模型
2.7.1機械系統
2.7.2電氣系統
2.7.3熱力系統
2.7.4液位系統
2.7.5典型位置隨動系統的數學模型
2.8MATLAB在系統數學模型轉換中的套用
2.8.1MATLAB中傳遞函式的分式多項式的表示
2.8.2傳遞函式的零極點表示
2.8.3用MATLAB計算系統的傳遞函式
2.8.4MATLAB中多項式與因式分解形式的互相轉換
小結
習題
第3章自動控制系統的時域分析
3.1典型測試信號
3.1.1階躍信號
3.1.2速度信號(斜坡信號)
3.1.3加速度信號(拋物線信號)
3.1.4脈衝信號
3.1.5正弦信號
3.2控制系統的穩定性分析
3.2.1穩定性的基本概念
3.2.2線性定常系統穩定的充分必要條件
3.2.3勞斯穩定性判據
3.2.4用MATLAB分析系統的穩定性
3.3控制系統的穩態特性——穩態誤差分析
3.3.1穩態誤差和控制系統類型
3.3.2穩態誤差係數和穩態誤差計算
3.3.3幾點結論
3.4控制系統的動態特性——動態回響分析
3.4.1控制系統動態回響指標
3.4.2一階系統的動態回響
3.4.3二階系統動態回響的描述參數
3.4.4二階系統的單位階躍回響
3.4.5二階系統的動態回響指標
3.4.6二階系統的參數最佳化
3.5高階系統的動態回響
3.5.1高階系統動態回響的特點
3.5.2主導極點、偶極子和附加零極點
3.6利用MATLAB分析系統性能
3.6.1step命令
3.6.2impulse命令
3.6.3lsim命令
小結
習題
第4章根軌跡法
4.1閉環系統的根軌跡
4.1.1根軌跡的定義
4.1.2根軌跡的幅值條件和相角條件
4.2繪製根軌跡的基本規則
4.2.1繪製根軌跡的基本規則和步驟
4.2.2開環零、極點的變化對根軌跡的影響
4.3根軌跡在系統參數最佳化中的套用
4.3.1用根軌跡分析閉環主導極點
4.3.2用根軌跡最佳化系統的主導極點
4.4用MATLAB繪製根軌跡
小結
習題
第5章線性系統的頻域分析——頻率回響法
5.1頻率特性
5.1.1線性定常系統對正弦輸入信號的回響
5.1.2系統的頻率特性
5.1.3頻率特性的性質
5.2頻率特性圖
5.2.1頻率特性的極坐標圖(奈氏圖)
5.2.2典型環節的奈氏圖
5.2.3對數頻率特性圖(伯德圖)
5.2.4基本因子的伯德圖
5.2.5控制系統的伯德圖
5.2.6最小相位系統和非最小相位系統
5.2.7對數幅相特性圖
5.2.8用MATLAB作頻率特性圖
5.3頻域中的穩定性判據
5.3.1引言