自動控制原理(2014年電子工業出版社出版的圖書)

《自動控制原理》是2014年電子工業出版社出版的圖書，作者是李紅星。

基本介紹

• 中文名：自動控制原理
• 作者：李紅星
• 出版時間：2014年
• 出版社：電子工業出版社 
• ISBN：9787121237638

內容簡介

本書系統地介紹了經典控制理論的基本概念、基本原理和基本方法，從控制理論的基礎知識入手，結合生產和生活中的實例，較深入地介紹了建立自動控制系統在時域和頻域中的數學模型、方塊圖、信號流圖及簡化方法；圍繞自動控制系統的穩定性、穩態特性和動態特性，詳細介紹了用於分析和設計系統的時域法、根軌跡法和頻域法，離散系統的穩定性、穩態特性和動態特性的分析方法和數字控制器的設計方法；並對非線性控制系統的描述函式法和相平面法做了介紹。書中引入了MATLAB的套用，詳細介紹了採用MATLAB進行控制系統的分析與設計的仿真方法，通過大量的仿真實例，可以幫助讀者更好地理解系統分析與設計的基本思路和方法。

圖書目錄

第1章 自動控制的基本概念 1

1．1 引言 1

1．2 開環控制系統與閉環控制系統 2

1．2．1 開環控制系統 2

1．2．2 閉環控制系統 3

1．2．3 閉環控制系統的組成 4

1．3 自動控制系統的分類 5

1．3．1 按輸入信號形式分類 5

1．3．2 按系統中信號傳遞的性質分類 5

1．3．3 按系統的輸入/輸出特性分類 6

1．3．4 按系統中參數的時間特性分類 6

1．4 控制系統舉例 7

1．4．1 蒸汽機轉速控制系統 7

1．4．2 溫度控制系統 8

1．4．3 位置隨動系統 8

1．4．4 電冰櫃製冷系統 9

1．5 對自動控制系統的基本要求 9

小結 10

習題 11

第2章 控制系統的數學模型 14

2．1 引言 14

2．1．1 系統數學模型的定義及特點 14

2．1．2 系統數學模型的類型和建模方法 14

2．2 建立系統的時域數學模型 15

2．2．1 電路系統舉例 15

2．2．2 機械力學系統舉例 16

2．2．3 機電系統舉例 17

2．2．4 流體系統的建模 19

2．2．5 複雜系統舉例 19

2．2．6 微分方程建立步驟 21

2．3 非線性系統的線性化 21

2．3．1 小偏差線性化概念 22

2．3．2 線性化方法 22

2．4 微分方程求解 24

2．5 建立系統的復域數學模型 25

2．5．1 傳遞函式的定義 25

2．5．2 傳遞函式的性質 27

2．5．3 零點、極點和傳遞係數 27

2．6 系統的典型環節及傳遞函式 28

2．6．1 比例環節 28

2．6．2 慣性環節 29

2．6．3 積分環節 30

2．6．4 微分環節 31

2．6．5 振盪環節 31

2．6．6 延時環節 31

2．7 系統方塊圖 32

2．7．1 方塊圖的定義 32

2．7．2 方塊圖的組成和繪製 33

2．7．3 方塊圖等效變換和簡化 36

2．7．4 方塊圖化簡舉例 39

2．8 系統信號流圖 41

2．8．1 信號流圖的基本概念 42

2．8．2 信號流圖的畫法及簡化規則 43

2．8．3 梅遜增益公式 45

2．9 利用MATLAB求解系統的傳遞函式 46

2．9．1 num和den函式 47

2．9．2 典型化簡函式 47

小結 49

習題 49

第3章 線性系統的時域分析法 54

3．1 引言 54

3．1．1 典型輸入信號 54

3．1．2 典型時間回響 56

3．1．3 控制系統的性能指標 56

3．2 一階系統的時域分析 58

3．2．1 一階系統的數學模型 58

3．2．2 一階系統的單位階躍回響 58

3．2．3 一階系統的單位斜坡回響 59

3．2．4 一階系統的單位脈衝回響 60

3．2．5 一階系統的單位加速度回響 61

3．2．6 線性定常系統的重要特性 61

3．3 二階系統的時域分析 63

3．3．1 二階系統的數學模型 63

3．3．2 二階系統的單位階躍回響 64

3．3．3 欠阻尼二階系統的動態性能指標 67

3．3．4 二階系統動態性能的改善 71

3．4 高階系統的時域分析 74

3．4．1 高階系統的單位階躍回響 74

3．4．2 高階系統的降階 76

3．5 線性系統的穩定性分析 77

3．5．1 線性系統穩定性的概念和穩定的充分必要條件 77

3．5．2 代數穩定判據 78

3．6 線性系統的穩態誤差分析 82

3．6．1 誤差與穩態誤差的定義 82

3．6．2 穩態誤差的分析與計算 83

3．6．3 減小穩態誤差的方法 88

3．7 用MATLAB進行系統時域分析 89

3．7．1 用MATLAB求系統的輸出回響 89

3．7．2 用MATLAB求系統的動態性能指標 91

3．7．3 用MATLAB研究系統的穩定性 92

3．7．4 用MATLAB求靜態誤差係數及系統的穩態誤差 93

小結 93

習題 94

第4章 根軌跡法 99

4．1 根軌跡的基本概念 99

4．2 根軌跡的幅值條件和幅角條件 102

4．3 繪製根軌跡的基本法則 103

4．4 零度根軌跡 108

4．5 根軌跡繪製舉例 109

4．6 參數根軌跡 112

4．7 延時系統的根軌跡 113

4．8 控制系統的根軌跡法分析 116

4．8．1 開環零、極點對根軌跡的影響 116

4．8．2 由根軌跡分析控制系統 118

4．9 利用MATLAB繪製根軌跡及分析系統 119

小結 125

習題 125

第5章 線性系統的頻域分析法 130

5．1 引言 130

5．2 頻率特性 130

5．2．1 頻率特性的基本概念 130

5．2．2 頻率特性的圖形表示法 132

5．3 對數頻率特性圖（伯德圖） 132

5．3．1 對數頻率特性圖及其特點 132

5．3．2 典型環節的對數頻率特性圖 133

5．3．3 系統開環對數頻率特性的繪製 139

5．3．4 最小相位系統和非最小相位系統 142

5．3．5 確定傳遞函式的頻域實驗方法 143

5．3．6 開環頻率特性和系統性能的關係 149

5．4 極坐標圖（奈奎斯特圖） 150

5．4．1 典型環節的極坐標圖 150

5．4．2 系統開環極坐標圖的繪製 153

5．5 奈奎斯特穩定判據 156

5．5．1 幅角原理 156

5．5．2 奈奎斯特穩定判據 158

5．6 控制系統的相對穩定性 166

5．7 閉環系統頻域性能指標 169

5．7．1 系統閉環頻率特性 169

5．7．2 利用等M圓圖和等N圓圖求閉環頻域特性 170

5．7．3 頻域性能指標與時域指標的關係 172

5．8 用MATLAB進行系統頻域分析 175

5．8．1 用MATLAB繪製伯德圖 175

5．8．2 用MATLAB繪製極坐標圖 177

5．8．3 用MATLAB求系統的穩定裕度 179

5．8．4 用MATLAB繪製尼柯爾斯圖 180

小結 181

習題 182

第6章 線性系統的設計方法 187

6．1 引言 187

6．1．1 性能指標 187

6．1．2 校正方式 188

6．2 校正裝置 189

6．2．1 超前校正網路及其特性 189

6．2．2 滯後校正網路及其特性 191

6．2．3 滯後-超前校正網路及其特性 192

6．3 串聯校正 193

6．3．1 基於頻率回響法的串聯校正 194

6．3．2 基於根軌跡法的串聯校正 200

6．4 反饋校正 207

6．4．1 比例負反饋 207

6．4．2 微分負反饋 208

6．4．3 負反饋 208

6．5 複合校正 211

6．5．1 按擾動補償的複合控制系統 211

6．5．2 按輸入補償的複合控制系統 212

6．6 PID控制器 214

6．6．1 比例微分（PD）控制 214

6．6．2 比例積分（PI）控制 215

6．6．3 比例積分微分（PID）控制 215

6．7 用MATLAB進行系統校正 218

小結 223

習題 223

第7章 線性離散控制系統 229

7．1 離散系統基本概念及其套用 229

7．1．1 由連續控制系統到離散控制系統 229

7．1．2 離散控制系統的典型結構 230

7．2 採樣器和保持器 231

7．2．1 採樣器 231

7．2．2 採樣定理 232

7．2．3 保持器 233

7．3 Z變換 234

7．3．1 z變換定義 235

7．3．2 求z變換的方法 235

7．3．3 z變換的基本性質 237

7．3．4 z反變換 239

7．4 脈衝傳遞函式 240

7．4．1 脈衝傳遞函式的定義及求法 240

7．4．2 開環離散系統的脈衝傳遞函式 241

7．4．3 閉環離散系統的脈衝傳遞函式 244

7．5 離散系統的穩定性分析 248

7．5．1 時域中的離散系統穩定的充分必要條件 248

7．5．2 s平面與z平面的映射關係 249

7．5．3 z域中離散系統穩定的充分必要條件 250

7．5．4 離散系統的勞斯穩定判據 251

7．5．5 採樣周期與開環增益對離散系統穩定性的影響 253

7．6 離散系統的穩態誤差 254

7．7 離散系統的動態性能分析 257

7．8 離散控制系統設計――最少拍控制系統 260

7．8．1 穩定、不含純滯後環節的廣義對象的最少拍控制器設計 260

7．8．2 任意廣義對象的最少拍控制器設計 264

7．8．3 最少拍無紋波控制器設計 266

7．9 MATLAB在離散控制系統中的套用 268

7．9．1 MATLAB用於連續系統的離散化 268

7．9．2 MATLAB用於求離散系統的回響 269

7．9．3 MATLAB用於離散系統的穩定性分析 270

小結 270

習題 271

第8章 非線性系統分析 275

8．1 非線性系統的一般概念 275

8．1．1 非線性系統的特點 275

8．1．2 典型非線性及對系統性能的影響 278

8．2 描述函式法 281

8．2．1 非線性特性的描述函式 281

8．2．2 非線性控制系統的描述函式分析 285

8．2．3 用MATLAB的Simulink仿真分析非線性控制系統 288

8．3 相平面法 289

8．3．1 相軌跡特徵及性質 289

8．3．2 相軌跡的繪製 296

8．3．3 利用MATLAB繪製相軌跡圖 297

8．4 非線性系統的相平面分析 299

8．4．1 用相平面法分析非線性系統 299

8．4．2 用非線性特性改善系統性能 304

小結 306

習題 306

參考文獻 310