自動控制原理(2015年人民郵電出版社出版的圖書)

成書過程

編寫背景

隨著工業生產和科學技術的發展，自動控制系統已廣泛套用於工農業生產、交通運輸、國防現代化和航空航天等領域，具有重要的作用。自動控制原理專門用於研究有關自動控制系統中的基本概念、基本原理和基本方法，是從事自動化相關工作的工程技術人員和科學工作者的理論基礎課之一。

編寫情況

該書是在編者教學講義的基礎上編寫而成的，借鑑了中國國內外優秀教材。該教材編寫分工如下：第1、3、4、8章由韓敏編寫，第5、7章由潘學軍編寫，第2、6章由席劍輝編寫，全書由韓敏統稿審定。在書稿編輯過程中，許美玲對書稿進行了檢查並參與了該書習題的驗算工作。

出版工作

2015年2月，《自動控制原理》由人民郵電出版社出版發行。

出版工作人員

責任編輯	執行編輯	責任印製
張孟瑋	稅夢玲	彭志環

內容簡介

該書對經典控制理論的基本內容做了較為詳細的介紹，旨在闡明自動控制系統分析與綜合的基本方法。全書共分8章，前6章涉及線性定常連續系統的理論，具體包括控制系統的一般概念、描述控制系統的數學模型，用於系統分析的時域法、根軌跡法、頻域法以及綜合校正方法。第7章屬於非線性控制理論，介紹分析非線性系統的描述函式法和相平面法。第8章講述線性定常離散控制系統理論，介紹Z變換理論和描述離散系統的數學模型，分析離散系統的瞬態和穩態性能，設計數字控制器等。每章最後一節為相應的Matlab仿真實例。各章末給出該章小結和關鍵術語的英文辭彙，並配有適當的習題。附錄中給出習題的參考答案。

教材目錄

第1章自動控制的基本概念 1

1.1 自動控制的發展簡史 1

1.1.1 經典控制理論階段 1

1.1.2 現代控制理論階段 2

1.1.3 大系統控制階段 3

1.1.4 智慧型控制階段 3

1.2 自動控制的基本原理 3

1.2.1 人工控制與自動控制 3

1.2.2 自動控制系統的構成 5

1.2.3 自動控制系統的基本控制方式 6

1.3 自動控制系統的分類 8

1.3.1 按輸入信號特徵分類 8

1.3.2 按系統參數特性分類 8

1.3.3 按系統數學模型分類 9

1.3.4 按時間變數特性分類 9

1.3.5 按變數數目分類 10

1.3.6 其他分類方法 10

1.4 對控制系統性能的基本要求 10

1.4.1 穩定性 10

1.4.2 快速性 11

1.4.3 準確性 11

1.5 Matlab在自動控制系統中的套用 12

1.6 本章小結 12

關鍵術語和概念 12

習題 14

第2章控制系統的數學描述 17

2.1 控制系統的微分方程描述 18

2.1.1 典型控制系統的數學模型 18

2.1.2 非線性微分方程的線性化 23

2.2 拉普拉斯變換及反變換 25

2.2.1 Laplace變換的定義 26

2.2.2 Laplace變換的性質及其套用 28

2.2.3 Laplace反變換 31

2.2.4 利用Laplace變換求解線性微分方程 33

2.3 控制系統的傳遞函式描述 34

2.3.1 傳遞函式的概念和性質 34

2.3.2 典型環節的傳遞函式 35

2.4 控制系統的結構圖 39

2.4.1結構圖的概念 39

2.4.2 控制系統結構圖的建立 39

2.4.3 結構圖的等效變換 41

2.5 控制系統的信號流圖 46

2.5.1 信號流圖 46

2.5.2 梅遜公式 47

2.6 控制系統的傳遞函式 48

2.7 控制系統數學模型的MATLAB描述 51

2.8 本章小結 53

關鍵術語和概念 54

習題 55

第3章控制系統的時域分析法 61

3.1 典型輸入信號與時域性能指標 61

3.1.1 典型輸入信號 61

3.1.2 系統的時域性能指標 63

3.2 一階系統的時域分析 65

3.2.1 一階系統的單位階躍回響 65

3.2.2 一階系統的單位脈衝回響 66

3.2.3 一階系統的單位斜坡函式回響 67

3.3 二階系統的時域分析 68

3.3.1 二階系統的單位階躍回響 68

3.3.2 二階系統的脈衝回響 72

3.3.3 欠阻尼二階系統在單位階躍輸入作用下的瞬態回響指標 73

3.3.4 改善二階系統性能的措施 79

3.4 高階系統的時域分析 81

3.4.1 高階系統的單位階躍回響 81

3.4.2 主導極點 82

3.5 線性系統的穩定性分析 83

3.5.1 穩定性概念 83

3.5.2 穩定的充分必要條件 84

3.5.3 穩定判據 86

3.6 線性系統的穩態誤差 92

3.6.1 穩態誤差概念 93

3.6.2 穩態誤差的計算 94

3.6.3 減小或消除穩態誤差的措施 100

3.7 利用Matlab進行時域分析 102

3.8 本章小結 106

關鍵術語和概念 106

習題 107

第4章根軌跡分析法 111

4.1 根軌跡的基本概念（The Root Locus Concept） 112

4.1.1 採用解析法繪製根軌跡圖 112

4.1.2 根軌跡與系統性能 113

4.1.3 根軌跡方程 113

4.2 根軌跡繪製的基本規則 115

4.2.1 繪製根軌跡的基本規則 116

4.2.2 繪製根軌跡舉例 127

4.3 廣義根軌跡繪製 132

4.3.1 參變數根軌跡的繪製 133

4.3.2 正反饋系統根軌跡的繪製 135

4.3.3 非最小相位系統的根軌跡 138

4.4 基於根軌跡的系統性能分析 139

4.4.1 開環零極點對根軌跡的影響 139

4.4.2 利用根軌跡估算系統參數與性能 143

4.4.3 閉環零、極點分布與系統性能的關係 145

4.5 利用Matlab繪製根軌跡圖 147

4.6 本章小結 151

關鍵術語和概念 151

習題 152

第5章頻率回響分析法 155

5.1 頻率特性的基本概念 156

5.2 頻率特性的圖示方法 158

5.2.1 極坐標圖 159

5.2.2 對數坐標圖 172

5.3 奈奎斯特穩定判據 186

5.3.1 幅角定理 186

5.3.2 奈奎斯特穩定判據 187

5.4 控制系統的穩定裕量 195

5.4.1 相角裕量和幅值裕量 196

5.4.2 穩定裕量的計算 197

5.5 控制系統的閉環頻率特性 199

5.6 頻域回響與系統性能指標間的關係 202

5.7 利用Matlab進行控制系統的頻域分析 205

關鍵術語和概念 207

習題 208

第6章線性控制系統的綜合與校正 155

6.1 綜合與校正的概念 212

6.1.1 校正的基本方式 212

6.1.2 基本控制規律 213

6.1.3 校正裝置及其特性 216

6.2 串聯校正 222

6.2.1 串聯超前校正 222

6.2.2 串聯滯後校正 225

6.2.3 滯後—超前校正 227

6.3 反饋校正 228

6.3.1 反饋校正的基本原理 228

6.3.2 反饋校正設計 229

6.4 複合校正 232

6.5 利用Matlab進行系統校正 234

6.6 本章小結 236

關鍵術語和概念 237

習題 237

第7章非線性控制系統 242

7.1 非線性系統的特點 242

7.2 典型非線性環節的數學描述 243

7.3 描述函式法 245

7.3.1 描述函式的基本概念 245

7.3.2 典型非線性特性的描述函式 247

7.3.3 用描述函式分析非線性系統 252

7.4 相平面法 257

7.4.1 相平面圖及繪製方法 257

7.4.2 奇點與極限環 261

7.4.3 相平面分析舉例 264

7.5 非線性系統的Matlab仿真 268

7.6 本章小結 272

關鍵術語和概念 272

習題 273

第8章離散控制系統 278

8.1 離散系統的基本概念 278

8.2 採樣過程與採樣定理 279

8.2.1 採樣過程及其數學描述 279

8.2.2 採樣定理 281

8.2.3 信號的恢復 282

8.3 Z變換理論 284

8.3.1 Z變換定義和性質 284

8.3.2 Z變換方法 287

8.3.3 Z反變換方法 290

8.4 離散控制系統的數學描述 292

8.4.1 線性常係數差分方程 292

8.4.2 脈衝傳遞函式 295

8.5 離散控制系統的分析與設計 303

8.5.1 穩定性分析 304

8.5.2 瞬態回響 307

8.6 離散控制系統的穩態誤差 308

8.7 離散系統的數字控制器設計 311

8.8 離散系統的Matlab仿真 314

8.9 本章小結 319

關鍵術語和概念 319

習題 319

附錄部分習題參考答案 322

第1章 313

第2章 313

第3章 315

第4章 316

第5章 317

第6章 318

第7章 319

第8章 320

主要參考文獻 331

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

課程資源

《自動控制原理》有配套的同名慕課——“自動控制原理”。

課程名稱	建設院校	授課平台	授課教師
自動控制原理	大連理工大學	中國大學MOOC	韓敏、潘學軍、劉穎

教材特色

結合自動控制原理基本概念的講解，該書在各章最後一節給出相應內容的Matlab仿真實例，套用Matlab控制系統工具箱進行計算機輔助教學，幫助學生加深對基本原理的理解。同時，各章配有適量的習題，以配合課堂教學，便於學生理解有關概念，掌握解題方法和技巧，檢驗計算結果。每章之後的小結中給出了相應的內容要點和關鍵術語英文注釋，幫助學生掌握專業術語的英文辭彙，符合高等教育的國際化需求。

自動控制原理(2015年人民郵電出版社出版的圖書)

基本介紹