本書全面系統地介紹了經典控制理論的基礎知識和基本技術，將基礎理論與套用緊密結合，並加入了仿真的內容，注重體現知識的實用性和前沿性。 全書共分9章，主要包括系統建模、時域分析、頻域分析和系統綜合(設計)四部分。系統建模部分主要介紹系統數學模型的建立和簡化等知識，包括微分方程模型、傳遞函式模型、框圖等；時域分析部分主要介紹根據系統的微分方程，以拉氏變換為工具，直接解出控制系統的時間回響，再根據回響的表達式以及過程曲線來分析系統的性能，如穩定性、快速性、準確性等，並找出系統結構、參數和這些性能之間的關係；頻域分析部分主要介紹圖解法分析系統性能，主要是使用奈奎斯特圖和伯德圖，根據圖型分析系統的各方面性能；系統綜合部分主要介紹控制系統的校正，即根據系統分析得出的性能指標設計校正環節，使系統滿足實際需求。 本書既可以作為套用型本科院校、高等職業院校自動化專業(少學時)“自動控制原理”課程的教學用書，也可以作為其他本科非自動化相關專業，如測控技術、電氣工程、計算機、機械、化工等專業及其他相關的工科專業的本科生“自動控制原理”課程的教學用書，還可以作為高職高專、成人高校電類相關專業的教學用書，也可供相關專業從事自動化技術工作的人員參考。
基本介紹
- 書名：21世紀高等院校電氣工程與自動化規劃教材:自動控制原理
- 作者：李冰 徐秋景
- 出版日期：2014年2月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：9787115336941
- 外文名：Principles of Automatic Control
- 出版社：人民郵電出版社
- 頁數：204頁
- 開本：16
- 定價：35.00
內容簡介,圖書目錄,文摘,
內容簡介
《21世紀高等院校電氣工程與自動化規劃教材:自動控制原理》編輯推薦：自動控制原理是一門發展快、套用廣、實踐性強且與現代生活有著廣泛聯繫的重要技術基礎課程，在高校電氣信息類各專業中都具有重要的地位和作用，也是其他理工科專業必修的課程之一。《21世紀高等院校電氣工程與自動化規劃教材:自動控制原理》既可以作為套用型本科院校、高等職業院校自動化專業（少學時）“自動控制原理”課程的教學用書，也可以作為其他本科非自動化相關專業，如測控技術、電氣工程、計算機、機械、化工等專業及其他相關的工科專業的本科生“自動控制原理”課程的教學用書，還可以作為高職高專、成人高校電類相關專業的教學用書，也可供相關專業從事自動化技術工作的人員參考。
圖書目錄
第1章 緒論 1
1.1 自動控制系統的基本概念 1
1.1.1 自動控制系統 1
1.1.2 開環控制與閉環控制 1
1.2 自動控制系統的基本構成和分類 4
1.2.1 自動控制系統的基本構成 4
1.2.2 自動控制系統的分類 5
1.3 自動控制理論的發展歷史 6
1.3.1 經典控制論階段（20世紀50年代末期以前） 6
1.3.2 現代控制論階段（20世紀50年代末期至70年代初期） 7
1.3.3 大系統理論階段與智慧型控制理論階段（20世紀70年代初期至現在） 7
1.4 自動控制系統性能的基本要求和本課程的任務 8
1.4.1 自動控制系統性能的基本要求 8
1.4.2 本課程的任務 9
1.5 自動控制系統的工程套用 10
1.5.1 電加熱爐溫度控制系統 10
1.5.2 工作檯位置控制系統 10
1.5.3 飛機自動駕駛控制系統 11
1.5.4 火炮方位角控制系統 12
1.5.5 水箱液位控制系統 12
1.6 自動控制系統的分析與設計工具——Matlab 13
1.6.1 Matlab簡介 13
1.6.2 Matlab控制系統工具箱 13
習題 14
第2章 數學基礎 15
2.1 拉普拉斯變換 15
2.1.1 拉普拉斯變換的定義 15
2.1.2 拉普拉斯變換的性質 16
2.2 拉普拉斯反變換 20
2.2.1 拉普拉斯反變換的定義 20
2.2.2 拉普拉斯反變換的部分分式展開 20
2.3 Matlab運算基礎 25
2.3.1 矩陣運算 25
2.3.2 符號運算 28
2.3.3 關係運算和邏輯運算 31
習題 33
第3章 線性系統的數學模型 34
3.1 系統的時域模型 34
3.1.1 線性系統的微分方程 34
3.1.2 線性微分方程的求解 36
3.2 系統的複數域模型 37
3.2.1 傳遞函式的定義 37
3.2.2 傳遞函式的性質 38
3.2.3 傳遞函式的求法 39
3.2.4 典型環節的傳遞函式 41
3.3 系統的結構框圖及其等效變換 45
3.3.1 結構框圖的組成 45
3.3.2 結構框圖的繪製 46
3.3.3 結構框圖的等效變換 47
3.3.4 結構框圖的化簡 51
3.4 信號流圖與梅森公式 53
3.4.1 信號流圖 53
3.4.2 梅森公式 55
3.5 Matlab控制系統工具箱及數學建模套用 56
3.5.1 Matlab控制系統工具箱簡介 56
3.5.2 Matlab控制系統工具箱在數學建模中的套用 57
習題 61
第4章 時域分析 64
4.1 控制系統典型測試信號 64
4.1.1 階躍函式 64
4.1.2 斜坡函式 64
4.1.3 加速度函式 65
4.1.4 單位脈衝函式與單位衝激函式 65
4.1.5 正弦函式 65
4.2 控制系統時域回響及其性能指標 66
4.2.1 系統的時域回響 66
4.2.2 時間回響的性能指標 67
4.3 一階系統的時域分析 68
4.3.1 一階系統的數學模型 68
4.3.2 一階系統的單位階躍回響 69
4.3.3 一階系統的單位脈衝回響 69
4.3.4 一階系統的單位斜坡回響 70
4.3.5 一階系統的單位加速度回響 71
4.4 二階系統的時域分析 71
4.4.1 二階系統的典型形式 71
4.4.2 二階系統的單位階躍回響 73
4.4.3 二階欠阻尼系統的動態性能指標 76
4.4.4 二階系統時域分析計算舉例 78
4.4.5 二階系統的單位衝激回響 80
4.4.6 二階系統的單位斜坡回響 80
4.5 高階系統的時域分析 81
4.6 Matlab在時域分析中的套用 82
4.6.1 函式step（） 82
4.6.2 函式impulse（） 84
4.6.3 函式gensig（） 85
4.6.4 函式lsim（） 85
習題 88
第5章 根軌跡法 90
5.1 根軌跡法的基本概念 90
5.1.1 根軌跡的基本概念 90
5.1.2 根軌跡與系統性能 91
5.1.3 閉環零、極點與開環零、極點之間的關係 92
5.1.4 根軌跡方程 93
5.2 繪製根軌跡的基本法則 95
5.3 廣義根軌跡 104
5.3.1 參數根軌跡 105
5.3.2 零度根軌跡 106
5.4 利用根軌跡分析系統性能 109
5.4.1 利用閉環主導極點估算系統的性能指標 109
5.4.2 開環零、極點分布對系統性能的影響 113
5.5 Matlab在根軌跡法中的套用 115
5.5.1 pzmap（）函式 115
5.5.2 rlocus（）函式 116
5.5.3 rlocfind（）函式 117
習題 118
第6章 頻域分析 119
6.1 頻率特性的基本概念 119
6.1.1 RC網路 119
6.1.2 頻率特性的定義 120
6.1.3 頻率特性的表示方法 121
6.1.4 頻率特性與傳遞函式之間的關係 122
6.1.5 頻率特性的性質 122
6.2 奈奎斯特圖分析法 123
6.2.1 典型環節的奈奎斯特圖 123
6.2.2 奈奎斯特圖的畫法 127
6.3 開環系統的伯德圖分析法 128
6.3.1 伯德圖的基本概念 128
6.3.2 典型環節的伯德圖 129
6.3.3 開環傳遞函式的伯德圖畫法 135
6.4 系統的閉環頻率特性 137
6.4.1 閉環頻率特性 137
6.4.2 閉環頻率特性曲線的繪製 138
6.4.3 閉環頻率指標 139
6.5 頻域性能指標與時域性能指標之間的關係 140
6.5.1 時域性能指標 140
6.5.2 頻域性能指標 140
6.5.3 頻域指標與時域指標之間的關係 141
6.6 Matlab在頻域分析中的套用 142
6.6.1 nyquist曲線的繪製 142
6.6.2 Bode圖的繪製 143
習題 146
第7章 系統穩定性分析 148
7.1 系統穩定性的基本概念 148
7.2 線性定常系統穩定的充要條件 149
7.3 勞斯穩定判據 151
7.4 奈奎斯特穩定判據 154
7.4.1 輔助函式的構造 154
7.4.2 輔角定理 155
7.4.3 奈奎斯特穩定判據 156
7.5 對數頻率特性的穩定判據 157
7.6 系統的相對穩定性分析 158
7.6.1 相角裕量g 158
7.6.2 增益裕量 159
7.7 Matlab在系統穩定性分析中的套用 160
7.7.1 用時域分析法判斷系統穩定性 160
7.7.2 用根軌跡法判斷系統的穩定性 162
7.7.3 用頻率法判定系統穩定性 163
習題 166
第8章 誤差分析 167
8.1 穩態誤差的基本概念 167
8.2 給定信號作用下的穩態誤差及計算 170
8.2.1 階躍輸入作用下的穩態誤差與靜態位置誤差係數 170
8.2.2 斜坡輸入作用下的穩態誤差與靜態速度誤差係數 170
8.2.3 加速度輸入作用下的穩態誤差與靜態加速度誤差係數 172
8.2.4 動態誤差係數 174
8.3 擾動信號作用下的穩態誤差及計算 175
8.4 改善系統穩態精度的方法 176
8.4.1 增大系統開環增益或擾動作用點之前系統的前向通道增益 176
8.4.2 在系統的前向通道或主反饋通道設定串聯積分環節 177
8.4.3 採用串級控制抑制內迴路擾動 178
8.4.4 採用複合控制方法 180
習題 180
第9章 系統的設計與校正 181
9.1 概述 181
9.1.1 綜合與校正的基本原則 181
9.1.2 校正方式 182
9.2 超前校正 183
9.2.1 超前校正的基本形式 184
9.2.2 超前校正的設計步驟 185
9.3 滯後校正 186
9.3.1 滯後校正的基本形式 186
9.3.2 滯後校正的設計步驟 187
9.4 滯後—超前校正 189
9.4.1 滯後—超前校正的基本形式 189
9.4.2 滯後—超前校正的設計步驟 189
9.5 PID控制規則 191
9.5.1 比例（P）控制器 192
9.5.2 積分（I）控制器 193
9.5.3 微分（D）控制器 194
9.5.4 比例—積分（PI）控制器 194
9.5.5 比例—微分（PD）控制器 195
9.5.6 比例—積分—微分（PID）控制器 196
9.6 Matlab在系統設計與校正中的套用 197
9.6.1 使用Matlab進行超前校正 197
9.6.2 使用Matlab進行滯後校正 199
9.6.3 使用Matlab進行滯後—超前校正 200
習題 203
附錄1 常用拉氏變換表 205
附錄2 常用校正裝置 206
附錄3 控制系統工具箱中的常用Matlab命令 207
參考文獻 208
1.1 自動控制系統的基本概念 1
1.1.1 自動控制系統 1
1.1.2 開環控制與閉環控制 1
1.2 自動控制系統的基本構成和分類 4
1.2.1 自動控制系統的基本構成 4
1.2.2 自動控制系統的分類 5
1.3 自動控制理論的發展歷史 6
1.3.1 經典控制論階段（20世紀50年代末期以前） 6
1.3.2 現代控制論階段（20世紀50年代末期至70年代初期） 7
1.3.3 大系統理論階段與智慧型控制理論階段（20世紀70年代初期至現在） 7
1.4 自動控制系統性能的基本要求和本課程的任務 8
1.4.1 自動控制系統性能的基本要求 8
1.4.2 本課程的任務 9
1.5 自動控制系統的工程套用 10
1.5.1 電加熱爐溫度控制系統 10
1.5.2 工作檯位置控制系統 10
1.5.3 飛機自動駕駛控制系統 11
1.5.4 火炮方位角控制系統 12
1.5.5 水箱液位控制系統 12
1.6 自動控制系統的分析與設計工具——Matlab 13
1.6.1 Matlab簡介 13
1.6.2 Matlab控制系統工具箱 13
習題 14
第2章 數學基礎 15
2.1 拉普拉斯變換 15
2.1.1 拉普拉斯變換的定義 15
2.1.2 拉普拉斯變換的性質 16
2.2 拉普拉斯反變換 20
2.2.1 拉普拉斯反變換的定義 20
2.2.2 拉普拉斯反變換的部分分式展開 20
2.3 Matlab運算基礎 25
2.3.1 矩陣運算 25
2.3.2 符號運算 28
2.3.3 關係運算和邏輯運算 31
習題 33
第3章 線性系統的數學模型 34
3.1 系統的時域模型 34
3.1.1 線性系統的微分方程 34
3.1.2 線性微分方程的求解 36
3.2 系統的複數域模型 37
3.2.1 傳遞函式的定義 37
3.2.2 傳遞函式的性質 38
3.2.3 傳遞函式的求法 39
3.2.4 典型環節的傳遞函式 41
3.3 系統的結構框圖及其等效變換 45
3.3.1 結構框圖的組成 45
3.3.2 結構框圖的繪製 46
3.3.3 結構框圖的等效變換 47
3.3.4 結構框圖的化簡 51
3.4 信號流圖與梅森公式 53
3.4.1 信號流圖 53
3.4.2 梅森公式 55
3.5 Matlab控制系統工具箱及數學建模套用 56
3.5.1 Matlab控制系統工具箱簡介 56
3.5.2 Matlab控制系統工具箱在數學建模中的套用 57
習題 61
第4章 時域分析 64
4.1 控制系統典型測試信號 64
4.1.1 階躍函式 64
4.1.2 斜坡函式 64
4.1.3 加速度函式 65
4.1.4 單位脈衝函式與單位衝激函式 65
4.1.5 正弦函式 65
4.2 控制系統時域回響及其性能指標 66
4.2.1 系統的時域回響 66
4.2.2 時間回響的性能指標 67
4.3 一階系統的時域分析 68
4.3.1 一階系統的數學模型 68
4.3.2 一階系統的單位階躍回響 69
4.3.3 一階系統的單位脈衝回響 69
4.3.4 一階系統的單位斜坡回響 70
4.3.5 一階系統的單位加速度回響 71
4.4 二階系統的時域分析 71
4.4.1 二階系統的典型形式 71
4.4.2 二階系統的單位階躍回響 73
4.4.3 二階欠阻尼系統的動態性能指標 76
4.4.4 二階系統時域分析計算舉例 78
4.4.5 二階系統的單位衝激回響 80
4.4.6 二階系統的單位斜坡回響 80
4.5 高階系統的時域分析 81
4.6 Matlab在時域分析中的套用 82
4.6.1 函式step（） 82
4.6.2 函式impulse（） 84
4.6.3 函式gensig（） 85
4.6.4 函式lsim（） 85
習題 88
第5章 根軌跡法 90
5.1 根軌跡法的基本概念 90
5.1.1 根軌跡的基本概念 90
5.1.2 根軌跡與系統性能 91
5.1.3 閉環零、極點與開環零、極點之間的關係 92
5.1.4 根軌跡方程 93
5.2 繪製根軌跡的基本法則 95
5.3 廣義根軌跡 104
5.3.1 參數根軌跡 105
5.3.2 零度根軌跡 106
5.4 利用根軌跡分析系統性能 109
5.4.1 利用閉環主導極點估算系統的性能指標 109
5.4.2 開環零、極點分布對系統性能的影響 113
5.5 Matlab在根軌跡法中的套用 115
5.5.1 pzmap（）函式 115
5.5.2 rlocus（）函式 116
5.5.3 rlocfind（）函式 117
習題 118
第6章 頻域分析 119
6.1 頻率特性的基本概念 119
6.1.1 RC網路 119
6.1.2 頻率特性的定義 120
6.1.3 頻率特性的表示方法 121
6.1.4 頻率特性與傳遞函式之間的關係 122
6.1.5 頻率特性的性質 122
6.2 奈奎斯特圖分析法 123
6.2.1 典型環節的奈奎斯特圖 123
6.2.2 奈奎斯特圖的畫法 127
6.3 開環系統的伯德圖分析法 128
6.3.1 伯德圖的基本概念 128
6.3.2 典型環節的伯德圖 129
6.3.3 開環傳遞函式的伯德圖畫法 135
6.4 系統的閉環頻率特性 137
6.4.1 閉環頻率特性 137
6.4.2 閉環頻率特性曲線的繪製 138
6.4.3 閉環頻率指標 139
6.5 頻域性能指標與時域性能指標之間的關係 140
6.5.1 時域性能指標 140
6.5.2 頻域性能指標 140
6.5.3 頻域指標與時域指標之間的關係 141
6.6 Matlab在頻域分析中的套用 142
6.6.1 nyquist曲線的繪製 142
6.6.2 Bode圖的繪製 143
習題 146
第7章 系統穩定性分析 148
7.1 系統穩定性的基本概念 148
7.2 線性定常系統穩定的充要條件 149
7.3 勞斯穩定判據 151
7.4 奈奎斯特穩定判據 154
7.4.1 輔助函式的構造 154
7.4.2 輔角定理 155
7.4.3 奈奎斯特穩定判據 156
7.5 對數頻率特性的穩定判據 157
7.6 系統的相對穩定性分析 158
7.6.1 相角裕量g 158
7.6.2 增益裕量 159
7.7 Matlab在系統穩定性分析中的套用 160
7.7.1 用時域分析法判斷系統穩定性 160
7.7.2 用根軌跡法判斷系統的穩定性 162
7.7.3 用頻率法判定系統穩定性 163
習題 166
第8章 誤差分析 167
8.1 穩態誤差的基本概念 167
8.2 給定信號作用下的穩態誤差及計算 170
8.2.1 階躍輸入作用下的穩態誤差與靜態位置誤差係數 170
8.2.2 斜坡輸入作用下的穩態誤差與靜態速度誤差係數 170
8.2.3 加速度輸入作用下的穩態誤差與靜態加速度誤差係數 172
8.2.4 動態誤差係數 174
8.3 擾動信號作用下的穩態誤差及計算 175
8.4 改善系統穩態精度的方法 176
8.4.1 增大系統開環增益或擾動作用點之前系統的前向通道增益 176
8.4.2 在系統的前向通道或主反饋通道設定串聯積分環節 177
8.4.3 採用串級控制抑制內迴路擾動 178
8.4.4 採用複合控制方法 180
習題 180
第9章 系統的設計與校正 181
9.1 概述 181
9.1.1 綜合與校正的基本原則 181
9.1.2 校正方式 182
9.2 超前校正 183
9.2.1 超前校正的基本形式 184
9.2.2 超前校正的設計步驟 185
9.3 滯後校正 186
9.3.1 滯後校正的基本形式 186
9.3.2 滯後校正的設計步驟 187
9.4 滯後—超前校正 189
9.4.1 滯後—超前校正的基本形式 189
9.4.2 滯後—超前校正的設計步驟 189
9.5 PID控制規則 191
9.5.1 比例（P）控制器 192
9.5.2 積分（I）控制器 193
9.5.3 微分（D）控制器 194
9.5.4 比例—積分（PI）控制器 194
9.5.5 比例—微分（PD）控制器 195
9.5.6 比例—積分—微分（PID）控制器 196
9.6 Matlab在系統設計與校正中的套用 197
9.6.1 使用Matlab進行超前校正 197
9.6.2 使用Matlab進行滯後校正 199
9.6.3 使用Matlab進行滯後—超前校正 200
習題 203
附錄1 常用拉氏變換表 205
附錄2 常用校正裝置 206
附錄3 控制系統工具箱中的常用Matlab命令 207
參考文獻 208
文摘
著作權頁：
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