控制理論CAI教程

《控制理論CAI教程》是2006年6月1日科學出版社有限責任公司出版的圖書。本書以例題方式介紹了MATLAB在控制理論分析和設計中的套用，同時對每一章內容進行了小結，並配合了一定數量的典型例題和習題。

基本介紹

• 書名：控制理論CAI教程
• ISBN：7030172132, 9787030172136
• 頁數：333頁
• 出版社：科學出版社有限責任公司
• 出版時間：2006年6月1日
• 裝幀：平裝
• 開本：16

內容簡介

《控制理論CAI教程》根據全國高等院校自動化專業教學大綱的要求編寫。書中融合了目前使用最廣泛的控制系統分析和綜合軟體包——MATLAB，便於教師採用計算機輔助教學和學生學習。

《控制理論CAI教程》共分九章。主要介紹控制理論的基本概念和反饋控制的基本結構；控制系統的數學描述和藉助MATLAB工具進行系統建模的方法；時域分析法和控制系統的性能指標及其計算方法；根軌跡法；頻率分析法；控制系統的校正方法和控制器的設計思想；PID調節器的設計和參數整定；離散系統的分析和設計；非線性系統的相平面法和描述函式法分析。

《控制理論CAI教程》可以作為自動化、機械、電子、電氣、材料、能源、力學、冶金、動力等專業的“自動控制理論”教材，也可供其他相關人員參考。

目錄

第二版前言

第一版前言

第一章概論

1.1 控制理論發展綜述

1.2 自動控制系統的結構

1.2.1 開環控制系統

1.2.2 閉環控制系統

1.3 反饋控制系統的組成和術語

1.4 自動控制系統分類

1.4.1 線性控制系統和非線性控制系統

1.4.2 恆值控制系統和隨動系統

1.4.3 連續控制系統和離散控制系統

1.5 對控制系統的性能要求和本課程的任務

1.5.1 對控制系統性能的要求

1.5.2 本課程的基本內容和要求

習 題

第二章 控制系統的數學模型

2.1 拉普拉斯變換

2.1.1 拉普拉斯變換的定義和存在定理

2.1.2 幾種典型函式的拉氏變換

2.1.3 拉普拉斯變換的性質

2.1.4 有理分式函式的拉普拉斯反變換

2.1.5 用拉普拉斯變換求解微分方程

2.2 系統輸入一輸出的傳遞函式描述

2.3 典型環節傳遞函式的數學模型

2.3.1 比例環節

2.3.2 一階環節

2.3.3 積分和微分環節

2.3.4 二階環節

2.3.5 時滯環節

2.4 用方塊圖表示的模型

2.5 信號流程圖與梅遜公式

2.6 狀態空間模型簡介

2.6.1 狀態、狀態變數及狀態空間方程

2.6.2 線性定常控制系統的狀態方程描述

2.6.3 線性定常系統狀態空間表達式的結構圖和信號流程圖

2.6.4 傳遞函式與狀態空間方程之間關係

2.7 數學模型的MATLAB描述

2.7.1 連續系統數學模型的MATLAB表示

2.7.2 離散系統數學模型的MATLAB表示

2.7.3 控制系統的建模

2.7.4 Simulink建模方法一一複雜系統的模型處理方法

小結

習 題

第三章 控制系統的時域分析法

3.1 線性系統的穩定性

3.1.1 穩定性的基本概念

3.1.2 線性系統的穩定性

3.1.3 線性系統穩定的充分必要條件

3.1.4 勞斯一赫爾維茨(Routh—Hurwitz)穩定判據

3.2 線性系統穩定性的MATLAB判定方法

3.3 控制系統的靜態誤差

3.3.1 典型輸入信號

3.3.2 靜態誤差和誤差傳遞函式

3.3.3 靜態誤差係數

3.3.4 動態誤差

3.4 控制系統的暫態回響性能指標

3.5 一階系統暫態回響

3.5.1 一階系統的單位階躍回響

3.5.2 一階系統的單位脈衝回響

3.5.3 線性定常系統的重要特性

3.6 二階系統的暫態回響

3.6.1 二階系統的單位階躍回響

3.6.2 二階系統的暫態回響指標

3.6.3 二階系統的脈衝回響

3.7 高階系統的暫態回響

3.8 用MATLAB進行暫態回響分析

3.8.1 線性系統的MATLAB表示

3.8.2 傳遞函式系統單位階躍回響的求法

3.8.3 脈衝回響

3.8.4 求脈衝回響的另一種方法

3.8.5 斜坡回響

3.8.6 系統時域回響的直接求取

小結

習 題

第四章 根軌跡法

4.1 根軌跡圖

4.2 繪製根軌跡的數學依據及其性質

4.2.1 開環傳遞函式的兩種表達式

4.2.2 閉環特徵方程的幾種表達形式

4.2.3 繪製根軌跡的數學依據

4.3 繪製根軌跡的一般規則

4.3.1 繪製根軌跡規則的闡述

4.3.2 繪製根軌跡規則的列表

4.4 例題

4.5 參數根軌跡和多迴路系統的根軌跡

4.5.1 參數根軌跡

4.5.2 多迴路系統的根軌跡

4.6 正反饋迴路和非最小相位系統根軌跡

4.6.1 正反饋迴路根軌跡

4.6.2 非最小相位系統之根軌跡

小 結

習 題

第五章 頻率回響法

5.1 頻率特性

5.1.1 由傳遞函式求系統的頻率回響

5.1.2 由實驗方法求頻率特性

5.1.3 頻率特性的基本概念

5.2 極坐標圖

5.2.1 典型環節的奈奎斯特曲線

5.2.2 開環系統的奈奎斯特圖

5.3 對數坐標圖

5.3.3 典型環爺的伯德圖

5.3.2 開環系統的伯德圖

5.3.3 最小相位系統與非最小相位系統

5.3.4 系統開環對數幅頻特性與閉環穩態誤差的關係

5.4 奈奎斯特穩定判據

5.4.1 輻角原理

5.4.2 奈奎斯特穩定判據

5.4.3 奈奎斯特穩定性判據的進一步說明

5.4.4 奈奎斯特穩定判據在對數坐標圖上的套用

5.5 相對穩定性分析

5.5.1 用奈奎斯特圖表示相位裕量和幅值裕量

5.5.2 用伯德圖表示相位裕量和幅值裕量

5.5.3 對數幅頻特性中頻段與系統動態性能的關係

5.6 頻域性能指標與時域性能指標間的關係

5.6.1 開環頻率特性中相位裕量與時域性能指標的關係

5.6.2 閉環頻率特性及其特徵量

5.6.3 閉環頻域特性與時域回響性能指標的關係

小 結

習 題

第六章 自動控制系統的設計

6.1 控制系統設計的基本思路

6.2 串聯校正裝置的結構與特性

6.2.1 超前校正

6.2.2 滯後校正

6.2.3 滯後一超前校正

6.3 基於頻率法的串聯校正設計

6.3.1 超前校正

6.3.2 滯後校正

6.3.3滯後一超前校正

6.3.4 基於頻率法的MATLAB串聯校正設計

6.4 基於根軌跡的串聯校正設計

6.4.1 超前校正

6.4.2 滯後校正

6.4.3 滯後.超前校正

6.4.4 基於根軌跡的串聯校正MATLAB設計

6.5 PID校正

6.5.1 PID控制器工作原理

6.5.2 Zieloger-Niclosis整定公式

6.6 控制器的極點配置方法

小 結

習 題

第七章 離散系統分析

7.1 離散系統引論

7.2 連續信號的採樣與復現

7.2.1 採樣過程及其數學描述

7.2.2 保持器

7.2.3 採樣定理

7.3 z變換

7.3.1 z變換的定義

7.3.2 z變換性質

7.3.3 z變換方法

7.4 J2：反變換

7.5 脈衝傳遞函式

7.5.1 脈衝傳遞函式的基本概念

7.5.2 串聯環節的開環脈衝傳遞函式

7.5.3 閉環系統的脈衝傳遞函式

7.6 求離散系統的時域回響

7.7 離散系統的穩定性分析

7.7.1 離散系統穩定條件

7.7.2 離散系統的勞斯穩定判據

7.8 離散系統的頻率特性分析

7.9 採樣系統的穩態誤差分析

7.10 採樣控制系統的綜合

7.10.1 採用連續系統的相似校正方法

7.10.2 串聯數字校正裝置的校正方法

7.10.3 最少拍採樣控制系統的校正

小 結

習 題

第八章 非線性系統分析

8.1 非線性系統概述

8.1.1 非線性系統數學模型

8.1.2 非線性系統與線性系統的比較

8.1.3 非線性系統研究方法

8.1.4 典型非線性環節的輸入、輸出特性

8.2 小範圍線性近似法

8.3 相平面的概念及相軌跡作圖方法¨

8.3.1 相平面基本概念

8.3.2 相軌跡作圖方法

8.4 非線性控制系統相平面分析

8.5 非線性環節的描述函式

8.5.1 描述函式的基本概念

8.5.2 典型非線性環節的描述函式

8.6 非線性控制系統的描述函式分析

8.6.1 非線性系統的穩定性判據

8.6.2 自持振盪幅值與頻率的確定

8.6.3 含典型非線性環節的控制系統分析

小結

習 題

第九章 MATLAB語言簡介

9.1 系統仿真

9.2 MATLAB集成環境的組成

9.3 MATLAB的套用基礎

9.3.1 基本操作及命令

9.3.2 MATLAB函式

9.3.3 繪製回響曲線

9.3.4 MATLAB語言的在線上幫助功能

9.4 經典控制系統分析及設計

9.4.1 控制系統模型

9.4.2 時域分析

9.4.3 根軌跡法

9.4.4 頻域分析

9.4.5 離散系統中常用的MATLAB函式

9.5 控制系統分析中常用的MATLAB命令和函式.

9.6 MATLAB其他相關工具

參考文獻一