《高等學校規劃教材·自動控制原理(第2版)(非自動化專業適用)》介紹了自動控制原理的基本概念和方法，包括經典控制理論和現代控制理論的主要內容，適合作為信息學科本科學生平台課程教材和非自動控制專業理工科學生的教材。全書共分7章，第1章緒論，引入控制系統的基本概念、定義、術語；第2章控制系統的數學模型，介紹連續系統的時域模型、復域模型、狀態空間描述；第3章線性系統的時域分析，對系統動態性能、穩態性能和穩定性進行分析的方法作了詳細的討論；第4章線性系統的頻域分析，介紹線性系統的頻率特性和頻域分析方法；第5章線性系統的校正，介紹線性系統校正的原理和方法，著重討論了PID控制器的設計及其在系統校正中的作用。第6章採樣系統分析，介紹了z變換、脈衝傳遞函式以及離散系統的分析方法；第7章狀態空間分析設計，討論了線性定常系統的狀態空間分析和基本設計方法，各學校可根據專業需要，選擇有關章節組織教學。《高等學校規劃教材·自動控制原理(第2版)(非自動化專業適用)》的特點是內容精煉，重點突出，強調基本概念、基本原理的掌握與套用，特別適合少學時數自動控制原理教學的要求。
基本介紹
- 書名：高等學校規劃教材·自動控制原理
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：186頁
- 開本：16
- 品牌：化學工業出版社
- 作者：王敏 秦肖臻
- 出版日期：2008年9月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：9787122036605, 712203660X
內容簡介,圖書目錄,文摘,序言,
內容簡介
《高等學校規劃教材·自動控制原理(第2版)(非自動化專業適用)》由化學工業出版社出版。
圖書目錄
1 緒論
1.1 自動控制的基本概念
1.1.1 基本概念
1.1.2 開環控制與閉環控制的實例
1.2 自動控制理論的發展
1.2.1 經典控制理論
1.2.2 現代控制理論
1.2.3 大系統理論
1.2.4 智慧型控制
1.3 控制系統的分類
1.3.1 恆值系統和隨動系統
1.3.2 線性系統和非線性系統
1.3.3 連續系統和離散系統
1.4 對控制系統的基本要求
1.4.1 穩定性
1.4.2 動態性能
1.4.3 穩態性能
本章小結
習題
2 控制系統的數學模型
2.1 基本概念
2.1.1 數學模型
2.1.2 控制系統
2.2 時域模型——微分方程
2.2.1 建立系統或元件微分方程的步驟
2.2.2 典型系統的微分方程
2.2.3 非線性方程線性化方法
2.3 復域模型——傳遞函式
2.3.1 傳遞函式的定義
2.3.2 傳遞函式的性質和物理意義
2.3.3 典型環節的傳遞函式
2.3.4 傳遞函式的表示方式和術語
2.4 控制系統方塊圖
2.4.1 方塊圖簡介
2.4.2 方塊圖的化筒
2.4.3 閉環系統的方塊圖和傳遞函式
2.5 狀態空間模型
2.5.1 狀態變數表達式相關概念
2.5.2 由微分方程建立狀態變數表達式
2.5.3 狀態變數表達式和傳遞函式的關係
本章小結
習題
3 線性系統的時域分析
3.1 系統的穩定性分析
3.1.1 穩定的概念
3.1.2 穩定的充要條件
3.1.3 勞斯穩定判據
3.2 二階系統的動態性能分析
3.2.1 典型輸入信號
3.2.2 動態性能指標
3.2.3 二階系統的時域回響
3.2.4 高階系統的時域回響
3.3 系統穩態性能分析
3.3.1 穩態誤差的定義
3.3.2 輸入信號作用下系統的穩態誤差
3.3.3 擾動信號作用時系統的穩態誤差
本章小結
習題
4 線性系統的頻域分析
4.1 線性系統的頻率回響
4.2 頻率特性的圖形表示
4.2.1 幅相頻率特性曲線
4.2.2 對數頻率特性曲線
4.3 奈奎斯特穩定判據
4.3.1 奈奎斯特穩定判據的數學基礎
4.3.2 奈奎斯特穩定判據
4.4 控制系統的相對穩定性
4.4.1 相對穩定性
4.4.2 穩定裕度的求取
4.5 頻域回響分析
4.5.1 頻率性能指標
4.5.2 頻域指標與時域指標的關係
本章小結
習題
5 線性系統的校正
……
6 採樣系統分析
7 狀態空間分析設計
參考文獻
1.1 自動控制的基本概念
1.1.1 基本概念
1.1.2 開環控制與閉環控制的實例
1.2 自動控制理論的發展
1.2.1 經典控制理論
1.2.2 現代控制理論
1.2.3 大系統理論
1.2.4 智慧型控制
1.3 控制系統的分類
1.3.1 恆值系統和隨動系統
1.3.2 線性系統和非線性系統
1.3.3 連續系統和離散系統
1.4 對控制系統的基本要求
1.4.1 穩定性
1.4.2 動態性能
1.4.3 穩態性能
本章小結
習題
2 控制系統的數學模型
2.1 基本概念
2.1.1 數學模型
2.1.2 控制系統
2.2 時域模型——微分方程
2.2.1 建立系統或元件微分方程的步驟
2.2.2 典型系統的微分方程
2.2.3 非線性方程線性化方法
2.3 復域模型——傳遞函式
2.3.1 傳遞函式的定義
2.3.2 傳遞函式的性質和物理意義
2.3.3 典型環節的傳遞函式
2.3.4 傳遞函式的表示方式和術語
2.4 控制系統方塊圖
2.4.1 方塊圖簡介
2.4.2 方塊圖的化筒
2.4.3 閉環系統的方塊圖和傳遞函式
2.5 狀態空間模型
2.5.1 狀態變數表達式相關概念
2.5.2 由微分方程建立狀態變數表達式
2.5.3 狀態變數表達式和傳遞函式的關係
本章小結
習題
3 線性系統的時域分析
3.1 系統的穩定性分析
3.1.1 穩定的概念
3.1.2 穩定的充要條件
3.1.3 勞斯穩定判據
3.2 二階系統的動態性能分析
3.2.1 典型輸入信號
3.2.2 動態性能指標
3.2.3 二階系統的時域回響
3.2.4 高階系統的時域回響
3.3 系統穩態性能分析
3.3.1 穩態誤差的定義
3.3.2 輸入信號作用下系統的穩態誤差
3.3.3 擾動信號作用時系統的穩態誤差
本章小結
習題
4 線性系統的頻域分析
4.1 線性系統的頻率回響
4.2 頻率特性的圖形表示
4.2.1 幅相頻率特性曲線
4.2.2 對數頻率特性曲線
4.3 奈奎斯特穩定判據
4.3.1 奈奎斯特穩定判據的數學基礎
4.3.2 奈奎斯特穩定判據
4.4 控制系統的相對穩定性
4.4.1 相對穩定性
4.4.2 穩定裕度的求取
4.5 頻域回響分析
4.5.1 頻率性能指標
4.5.2 頻域指標與時域指標的關係
本章小結
習題
5 線性系統的校正
……
6 採樣系統分析
7 狀態空間分析設計
參考文獻
文摘
智慧型控制的任務在於對實際環境或過程進行組織，即決策和規劃，實現廣義問題的求解。這些問題的求解過程與人腦的思維程度具有一定的相似性，即具有不同程度的智慧型。一般認為，智慧型控制的方法包括學習控制、模糊控制、神經元網路控制和專家控制等。
長期以來，自動控制科學已對整個科學技術的理論和實踐作出了重要貢獻，為人類社會帶來了巨大利益。隨著社會進步和科學技術的發展，必將對控制學科提出更高的要求，自動控制既面臨嚴峻的挑戰又存在良好的發展機遇，為解決這一問題，一方面需要推進硬體、軟體和智慧型的結合，實現控制系統的智慧型化；另一方面要實現自動控制科學與計算機科學、信息科學、系統科學以及人工智慧的結合，為自動控制提供新思想、新方法和新技術，創立邊緣新學科，推動自動控制的發展。
1.3 控制系統的分類
自動控制系統有很多分類的方法，如按照系統的控制方式分類，可將系統分為開環控制與閉環控制系統；按照信號的連線特點分類，可分為反饋控制、前饋控制以及含有反饋和前饋的複合控制系統；按系統功用可分為溫度控制系統、壓力控制系統、位置控制系統……；按系統的性能可分為線性系統和非線性系統、連續系統和離散系統、定常系統和時變系統、確定系統和不確定系統等。幾種常見的分類描述如下。
1.3.1 恆值系統和隨動系統
按輸入信號的形式可將系統分為恆值系統和隨動系統。恆值系統是指參考輸入量保持常值的系統。其任務是消除或減少擾動信號對系統輸出的影響，使被控制量（即系統的輸出量）保持在給定或希望的數值上。如工業控制中的電機調速系統、溫度控制系統和位置控制系統等。隨動系統是指參考輸入量隨時間任意變化的系統。其任務是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤參考輸入量，跟蹤的速度和精度是隨動系統的兩項主要性能指標。
1.3.2 線性系統和非線性系統
按組成系統的元件特性可將系統分為線性系統和非線性系統。線性系統是指構成系統的所有元件都是線性元件的系統。其動態性能可用線性微分方程描述，系統滿足疊加原理。非線性系統是指構成系統的元件中含有非線性元件的系統，它只能用非線性微分方程描述，不滿足疊加原理。實際中，理想的線性系統是不存在的，構成系統的元件中總會或多或少含有非線性特性，如果系統的這種非線性特性在一定條件下，或在一定範圍內呈線性特性，則可將它們進行線性化處理，這類系統或元件的特性稱為非本質非線性特性。反之，稱之為本質i非線性，只能用非線性理論進行分析研究。
長期以來，自動控制科學已對整個科學技術的理論和實踐作出了重要貢獻，為人類社會帶來了巨大利益。隨著社會進步和科學技術的發展，必將對控制學科提出更高的要求，自動控制既面臨嚴峻的挑戰又存在良好的發展機遇，為解決這一問題，一方面需要推進硬體、軟體和智慧型的結合，實現控制系統的智慧型化；另一方面要實現自動控制科學與計算機科學、信息科學、系統科學以及人工智慧的結合，為自動控制提供新思想、新方法和新技術，創立邊緣新學科，推動自動控制的發展。
1.3 控制系統的分類
自動控制系統有很多分類的方法，如按照系統的控制方式分類，可將系統分為開環控制與閉環控制系統；按照信號的連線特點分類，可分為反饋控制、前饋控制以及含有反饋和前饋的複合控制系統；按系統功用可分為溫度控制系統、壓力控制系統、位置控制系統……；按系統的性能可分為線性系統和非線性系統、連續系統和離散系統、定常系統和時變系統、確定系統和不確定系統等。幾種常見的分類描述如下。
1.3.1 恆值系統和隨動系統
按輸入信號的形式可將系統分為恆值系統和隨動系統。恆值系統是指參考輸入量保持常值的系統。其任務是消除或減少擾動信號對系統輸出的影響，使被控制量（即系統的輸出量）保持在給定或希望的數值上。如工業控制中的電機調速系統、溫度控制系統和位置控制系統等。隨動系統是指參考輸入量隨時間任意變化的系統。其任務是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤參考輸入量，跟蹤的速度和精度是隨動系統的兩項主要性能指標。
1.3.2 線性系統和非線性系統
按組成系統的元件特性可將系統分為線性系統和非線性系統。線性系統是指構成系統的所有元件都是線性元件的系統。其動態性能可用線性微分方程描述，系統滿足疊加原理。非線性系統是指構成系統的元件中含有非線性元件的系統，它只能用非線性微分方程描述，不滿足疊加原理。實際中，理想的線性系統是不存在的，構成系統的元件中總會或多或少含有非線性特性，如果系統的這種非線性特性在一定條件下，或在一定範圍內呈線性特性，則可將它們進行線性化處理，這類系統或元件的特性稱為非本質非線性特性。反之，稱之為本質i非線性，只能用非線性理論進行分析研究。
序言
在科學技術發展的進程中，自動控制技術一直起著極其重要的作用。自動控制理論作為一門涉及多學科的科學，已廣泛套用到電氣、機械、化工、冶金、航空航天、核反應等工程領域，並進一步擴展和滲透到生物、醫學、社會、經濟、金融和生命科學等工程領域以外的範圍。隨著科學技術的高速發展，人類在過去的20世紀和已經跨入的21世紀中，利用自動控制技術已經和正在把許多夢想變成現實。
自動控制原理是自動控制技術的基礎理論，是一門理論性較強的工程科學。從20世紀40年代經典控制理論體系建立至今，自動控制技術一直是伴隨著生產實際的需要發展起來的，其理論也在實際套用和與其他相關學科交叉滲透中日臻完善，並不斷發展和創新。隨著現代科學的日新月異，自動控制理論已經成為套用最為廣泛的學科之一，其發展潛力是不可限量的。
本書主要是為工科院校非自動化專業本科生自動控制理論教學和信息學科平台課程的教學而編寫的教材，適合少學時數自動控制原理教學需要，有關專業可根據實際情況選擇部分內容進行教學。
本書主要介紹自動控制理論的基本概念、基本原理和基本分析方法，全書共分7章。第1章給出了控制理論和控制系統的基本概念、定義、一般要求和控制理論的發展過程；第2章主要介紹線性系統數學模型的建立，模型的表示方法；第3章對線性系統時域分析的基本方法進行了闡述，主要討論了系統穩定性、瞬態性能和穩態性能分析，以及二階系統性能指標和計算方法；第4章介紹線性系統頻率特性的概念和頻域分析方法，頻率特性的圖形表示以及頻域指標的計算；第5章介紹線性系統校正的原理和方法，著重討論了PID控制器的設計及其在系統校正中的作用；第6章討論了離散系統的基本理論和分析方法；第7章介紹了現代控制理論的有關內容，主要包括狀態空間模型的建立、系統的能控性和能觀性等。
本次修訂由華中科技大學王敏教授和秦肖臻副教授完成。其中，1、3、4章由王敏編寫，2、5、6、7章由秦肖臻編寫，全書由王敏統稿。
本書內容的電子文檔可為使用本教材的大專院校製作教學課件時提供參考，如有需要可與編者聯繫。
限於編者水平和時間，書中如有錯誤和不妥之處，請讀者不吝指正。
自動控制原理是自動控制技術的基礎理論，是一門理論性較強的工程科學。從20世紀40年代經典控制理論體系建立至今，自動控制技術一直是伴隨著生產實際的需要發展起來的，其理論也在實際套用和與其他相關學科交叉滲透中日臻完善，並不斷發展和創新。隨著現代科學的日新月異，自動控制理論已經成為套用最為廣泛的學科之一，其發展潛力是不可限量的。
本書主要是為工科院校非自動化專業本科生自動控制理論教學和信息學科平台課程的教學而編寫的教材，適合少學時數自動控制原理教學需要，有關專業可根據實際情況選擇部分內容進行教學。
本書主要介紹自動控制理論的基本概念、基本原理和基本分析方法，全書共分7章。第1章給出了控制理論和控制系統的基本概念、定義、一般要求和控制理論的發展過程；第2章主要介紹線性系統數學模型的建立，模型的表示方法；第3章對線性系統時域分析的基本方法進行了闡述，主要討論了系統穩定性、瞬態性能和穩態性能分析，以及二階系統性能指標和計算方法；第4章介紹線性系統頻率特性的概念和頻域分析方法，頻率特性的圖形表示以及頻域指標的計算；第5章介紹線性系統校正的原理和方法，著重討論了PID控制器的設計及其在系統校正中的作用；第6章討論了離散系統的基本理論和分析方法；第7章介紹了現代控制理論的有關內容，主要包括狀態空間模型的建立、系統的能控性和能觀性等。
本次修訂由華中科技大學王敏教授和秦肖臻副教授完成。其中，1、3、4章由王敏編寫，2、5、6、7章由秦肖臻編寫，全書由王敏統稿。
本書內容的電子文檔可為使用本教材的大專院校製作教學課件時提供參考，如有需要可與編者聯繫。
限於編者水平和時間，書中如有錯誤和不妥之處，請讀者不吝指正。
