基本介紹
- 中文名：自動控制理論及MATLAB實現
- 作者：張濤,王娟,杜海英
- 出版時間：2016年07月
- 出版社：電子工業出版社
- 頁數：328 頁
- ISBN：9787121293375
- 開本：16 開
- 字 數：524千
內容簡介,目 錄,
內容簡介
本書系統地介紹了經典控制理論的基本內容，著重於基本概念、基本理論和基本方法的論述。全書共分8章：自動控制系統的基本概念、控制系統的建模、控制系統的時域分析法、控制系統的根軌跡法、控制系統的頻率回響法、控制系統的校正、非線性控制系統、離散控制系統。 本書有兩個重要特點。一是體現了科學性與實用性。為了科學地、驗證理論內容，在每章都加入了Matlab的具體套用實例。為了便於讀者深入理解書中所述的重要概念，每章都列舉了一定數量的例題和習題，供練習之用。二是適合語碼轉換式雙語教學。在每節中都為重要的技術術語加注了英文辭彙，每節末都加入了重點概念和術語的中英文對照表，便於學生為閱讀外文專業文獻積累辭彙量，進而切實地提高雙語教學水平。
目 錄
第1章 自動控制系統的基本概念 1
1.1 自動控制系統的定義 1
1.2 自動控制系統的分類 4
1.2.1 運動與過程控制系統 4
1.2.2 開環與閉環控制系統 4
1.2.3 定值、隨動與程式控制系統 6
1.2.4 線性與非線性控制系統 7
1.2.5 連續與離散控制系統 8
1.3 自動控制系統的性能評價 8
1.4 自動控制理論的發展概況 10
小結 13
習題 13
第2章 控制系統的建模 15
2.1 控制系統微分方程的建立 16
2.1.1 簡單系統微分方程的建立 16
2.1.2 複雜系統微分方程的建立 18
2.2 非線性數學模型的線性化 21
2.3 傳遞函式 24
2.3.1 傳遞函式的定義 24
2.3.2 傳遞函式的特點 25
2.3.3 傳遞函式與理想單位脈衝回響的關係 26
2.3.4 系統典型環節的傳遞函式 28
2.4 系統框圖與傳遞函式 33
2.4.1 框圖的組成 33
2.4.2 系統框圖的建立 33
2.4.3 框圖的等效變換 35
2.4.4 控制系統的傳遞函式 40
2.5 信號流圖和梅遜公式的套用 42
2.5.1 信號流圖的概念 42
2.5.2 信號流圖的術語和性質 43
2.5.3 梅遜增益公式及其套用 45
2.6 利用Matlab建立數學模型 48
小結 51
習題 51
第3章 控制系統的時域分析法 54
3.1 控制系統的時域性能指標 54
3.1.1 典型輸入信號 54
3.1.2 控制系統時域性能指標 57
3.2 一階系統的時域分析 59
3.2.1 一階系統的數學模型 59
3.2.2 一階系統的單位階躍回響 59
3.2.3 一階系統的單位斜坡回響 61
3.2.4 一階系統的單位拋物線回響 61
3.2.5 一階系統的單位脈衝回響 62
3.3 二階系統的時域分析 62
3.3.1 二階系統的數學模型 62
3.3.2 二階系統的單位階躍回響 64
3.3.3 欠阻尼二階系統的性能分析 67
3.3.4 二階系統的單位脈衝回響 71
3.3.5 二階工程最佳參數 72
3.4 高階系統的時域分析 73
3.4.1 高階系統的單位階躍回響 74
3.4.2 閉環主導極點 75
3.5 線性系統的穩定性分析 75
3.5.1 穩定性的基本概念 76
3.5.2 線性系統穩定的充分必要條件 77
3.5.3 線性系統穩定的必要條件 78
3.5.4 勞斯穩定判據 78
3.5.5 赫爾維茲穩定判據 81
3.5.6 勞斯判據的套用 82
3.6 控制系統的穩態誤差 84
3.6.1 穩態誤差的定義 84
3.6.2 系統類型與輸入作用下的穩態誤差 85
3.6.3 擾動作用下的穩態誤差 88
3.6.4 提高系統穩態精度的方法 90
3.7 Matlab在時域分析法中的套用 90
3.7.1 單位脈衝回響和單位階躍回響 90
3.7.2 單位斜坡回響 92
3.7.3 任意函式作用下系統的回響 93
3.7.4 Simulink中時域回響舉例 95
小結 96
習題 96
第4章 控制系統的根軌跡法 99
4.1 根軌跡的基本概念 99
4.1.1 根軌跡的概念 99
4.1.2 根軌跡與系統性能 100
4.1.3 根軌跡的幅值條件和相角條件 101
4.1.4 根軌跡增益與系統開環增益的關係 102
4.2 繪製根軌跡的基本法則 103
4.3 廣義根軌跡的繪製 114
4.3.1 參量根軌跡 114
4.3.2 零度根軌跡 117
4.4 用根軌跡分析閉環控制系統的性能 120
4.4.1 用根軌跡分析系統的穩定性 120
4.4.2 用根軌跡分析系統的動態性能 121
4.4.3 用根軌跡分析系統的穩態性能 122
4.4.4 附加開環零、極點的作用 124
4.5 Matlab在根軌跡法中的套用 126
小結 131
習題 131
第5章 控制系統的頻率回響法 135
5.1 頻率特性 135
5.1.1 頻率特性的基本概念 135
5.1.2 由傳遞函式確定系統的頻率回響 137
5.2 對數坐標圖 139
5.2.1 典型因子的伯德圖 140
5.2.2 繪製開環系統伯德圖的一般步驟 148
5.2.3 最小相位系統與非最小相位系統 149
5.2.4 系統的類型與對數幅頻特性曲線低頻漸近線的對應關係 150
5.3 極坐標圖 153
5.3.1 典型因子的乃氏圖 153
5.3.2 極坐標圖的一般形狀 157
5.4 乃奎斯特穩定判據 160
5.4.1 幅角原理 160
5.4.2 乃奎斯特穩定判據 162
5.4.3 乃氏判據套用於滯後系統 168
5.5 相對穩定性分析 170
5.5.1 增益裕量 171
5.5.2 相位裕量 171
5.5.3 相對穩定性與對數幅頻特性中頻段斜率的關係 173
5.6 頻域性能指標與時域性能指標間的關係 175
5.6.1 閉環頻率特性及其特徵量 175
5.6.2 二階系統時域回響與頻域回響的關係 177
5.7 傳遞函式的實驗確定 181
5.8 Matlab在頻率回響法中的套用 182
5.8.1 用Matlab繪製伯德圖 183
5.8.2 用Matlab繪製乃奎斯特圖 186
小結 190
習題 191
第6章 控制系統的校正 195
6.1 系統的設計與校正問題 195
6.1.1 被控對象 195
6.1.2 性能指標 195
6.1.3 系統頻寬的確定 197
6.1.4 系統校正方式 198
6.2 線性系統的基本控制規律 199
6.2.1 比例控制規律 200
6.2.2 比例—微分控制規律 200
6.2.3 積分控制規律 200
6.2.4 比例—積分控制規律 201
6.2.5 比例—積分—微分控制規律 201
6.3 串聯校正 202
6.3.1 超前校正 203
6.3.2 滯後校正 208
6.3.3 滯後—超前校正 214
6.4 反饋校正 220
6.4.1 利用反饋校正改變局部結構和參數 221
6.4.2 利用反饋校正取代局部結構 222
6.5 複合校正 223
6.5.1 前饋校正與反饋控制組成的複合控制 223
6.5.2 擾動補償校正與反饋控制組成的複合控制 225
6.6 Matlab在串聯校正中的套用 226
小結 233
習題 234
第7章 非線性控制系統 236
7.1 非線性控制系統概述 236
7.1.1 研究非線性控制理論的意義 236
7.1.2 非線性系統的特徵 238
7.1.3 非線性系統的分析與設計方法 240
7.2 常見非線性及其對系統運動的影響 241
7.2.1 非線性特性的等效增益 241
7.2.2 常見非線性因素對系統運動的影響 243
7.3 非線性元件的描述函式 245
7.3.1 描述函式的基本概念 246
7.3.2 非線性元件描述函式的舉例 247
7.3.3 用描述函式法分析非線性控制系統 252
7.4 非線性系統的相平面分析 255
7.4.1 相平面的基本概念 255
7.4.2 線性二階系統的相軌跡 256
7.4.3 繪製相平面圖的等傾斜線法 258
7.4.4 非線性系統的相平面分析 260
7.5 Matlab在相平面分析中的套用 265
小結 269
習題 270
第8章 離散控制系統 272
8.1 離散控制系統的概念 272
8.2 信號的採樣與復現 275
8.2.1 採樣過程 275
8.2.2 採樣定理 276
8.2.3 零階保持器 278
8.3 Z變換與Z反變換 280
8.3.1 Z變換 280
8.3.2 Z變換的基本性質 283
8.3.3 Z反變換 286
8.4 脈衝傳遞函式 288
8.4.1 串聯環節的脈衝傳遞函式 289
8.4.2 閉環系統的脈衝傳遞函式 291
8.5 差分方程 295
8.5.1 差分的定義 295
8.5.2 差分方程概述 295
8.5.3 用Z變換法求解差分方程 296
8.5.4 用疊代法求解差分方程 297
8.6 離散控制系統的性能分析 299
8.6.1 離散控制系統的穩定性分析 299
8.6.2 閉環極點與瞬態回響的關係 302
8.6.3 離散系統的穩態誤差 305
8.7 Matlab在離散控制系統中的套用 307
8.7.1 利用Simulink分析和設計離散控制系統 307
8.7.2 利用Matlab函式分析和設計離散控制系統 312
8.7.3 利用SISO分析工具分析和設計離散控制系統 312
小結 314
習題 314
