自動控制原理

前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.1.1 自動控制理論的發(fā)展
1.1.2 人工控制與自動控制
1.1.3 開環(huán)控制與閉環(huán)控制
1.1.4 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和術語定義
1.2 自動控制系統(tǒng)的分類
1.2.1 線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)
1.2.2 恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)
1.2.3 連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)
1.3 對自動控制系統(tǒng)的基本性能要求
1.3.1 穩(wěn)定性
1.3.2 快速性
1.3.3 準確性
1.4 MATLABSimulink介紹
1.5 本章小結
思考題與習題
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1 微分方程
2.1.1 系統(tǒng)微分方程的建立
2.1.2 建立微分方程的步驟
2.2 傳遞函數(shù)
2.2.1 傳遞函數(shù)的定義
2.2.2 傳遞函數(shù)的性質(zhì)
2.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
2.3.1 比例環(huán)節(jié)
2.3.2 積分環(huán)節(jié)
2.3.3 慣性環(huán)節(jié)
2.3.4 微分環(huán)節(jié)
2.3.5 振蕩環(huán)節(jié)
2.3.6 延遲環(huán)節(jié)
2.4 動態(tài)結構圖的等效變換
2.4.1 動態(tài)結構圖的建立
2.4.2 動態(tài)結構圖的等效變換法則
2.4.3 動態(tài)結構圖的等效變換舉例
2.5 自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.5.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)
2.5.2 閉環(huán)傳遞函數(shù)
2.6 信號流圖
2.6.1 信號流圖的術語和性質(zhì)
2.6.2 信號流圖的繪制
2.7 梅遜公式
2.7.1 梅遜公式的定義
2.7.2 應用梅遜公式求系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)舉例
2.8 利用MATLAB建立控制系統(tǒng)模型
2.8.1 時間常數(shù)形式的傳遞函數(shù)模型表示
2.8.2 零極點形式的傳遞函數(shù)模型表示
2.8.3 模型的轉(zhuǎn)換和連接
2.9 案例分析與設計
2.1 0本章小結
思考題與習題
第3章 時域分析法
3.1 典型輸入信號和時域性能指標
3.1.1 典型輸入信號
3.1.2 階躍響應的動態(tài)性能指標
3.1.3 穩(wěn)態(tài)性能指標
3.2 一階系統(tǒng)的時域分析
3.2.1 單位階躍響應
3.2.2 單位脈沖響應
3.2.3 單位斜坡響應
3.3 二階系統(tǒng)的時域分析
3.3.1 典型的二階系統(tǒng)
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應
3.3.3 系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標
3.4 高階系統(tǒng)的時域分析
3.5 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.5.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的充分必要條件
3.5.2 勞斯-赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)
3.5.3 代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)的應用
3.6 穩(wěn)態(tài)誤差計算
3.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義和計算
3.6.2 給定輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.3 擾動輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.4 減小穩(wěn)態(tài)誤差的方法
3.7 應用MATLAB求控制系統(tǒng)的時域響應
3.8 案例分析與設計
3.9 本章小結思考題與習題
第4章 根軌跡分析法
4.1 根軌跡的基本概念
4.1.1 根軌跡的概念
4.1.2 根軌跡方程及繪制條件
4.2 繪制根軌跡的基本規(guī)則
4.2.1 基本規(guī)則
4.2.2 繪制根軌跡舉例
4.3 廣義根軌跡
4.3.1 參數(shù)根軌跡
4.3.2 零度根軌跡
4.4 應用MATLAB繪制控制系統(tǒng)的根軌跡
4.5 案例分析與設計
4.6 本章小結
思考題與習題
第5章 頻率分析法
5.1 頻率特性的基本概念
5.1.1 頻率響應
5.1.2 頻率特性
5.1.3 頻率特性與傳遞函數(shù)的關系
5.1.4 頻率特性的表示方法
5.2 對數(shù)坐標圖
5.2.1 對數(shù)坐標圖的特點
5.2.2 典型環(huán)節(jié)的對數(shù)坐標圖
5.2.3 開環(huán)傳遞函數(shù)的對數(shù)坐標圖
5.2.4 系統(tǒng)類型與對數(shù)幅頻特性曲線之間的關系
5.3 幅相頻率特性圖
5.3.1 典型環(huán)節(jié)的奈奎斯特圖
5.3.2 開環(huán)傳遞函數(shù)概略奈奎斯特圖的繪制
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)
5.4.1 幅角原理
5.4.2 開環(huán)傳遞函數(shù)虛軸上無極點時的奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)
5.4.3 開環(huán)傳遞函數(shù)虛軸上存在極點時的奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)
5.5 系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性
5.5.1 增益裕量
5.5.2 相位裕度
5.6 系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性
5.7 系統(tǒng)的頻域性能指標和時域性能指標的關系
5.7.1 開環(huán)頻域指標與時域指標的關系
5.7.2 閉環(huán)頻域指標與時域指標的關系
5.7.3 開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線與系統(tǒng)時域性能指標之間的關系
5.8 應用MATLAB繪制系統(tǒng)的頻率特性曲線
5.9 案例分析與設計
5.1 0本章小結
思考題與習題
第6章 控制系統(tǒng)的校正
6.1 系統(tǒng)校正的基本概念
6.1.1 性能指標
6.1.2 系統(tǒng)的校正
6.2 常用控制規(guī)律
6.2.1 P控制規(guī)律
6.2.2 PD控制規(guī)律
6.2.3 PI控制規(guī)律
6.2.4 PID控制規(guī)律
6.3 基于頻率法的串聯(lián)校正設計
6.3.1 串聯(lián)超前校正
6.3.2 串聯(lián)滯后校正
6.3.3 串聯(lián)滯后-超前校正
6.4 按期望特性進行串聯(lián)校正
6.5 應用MATLAB進行校正設計
6.6 案例分析與設計
6.7 本章小結
思考題與習題
第7章 離散控制系統(tǒng)
7.1 離散控制系統(tǒng)的基本概念
7.2 信號的采樣與復現(xiàn)
7.2.1 香農(nóng)采樣定理
7.2.2 零階保持器的原理
7.3 離散控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
7.3.1 差分方程
7.3.2 z變換與z反變換
7.3.3 脈沖傳遞函數(shù)的定義
7.3.4 開環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
7.3.5 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
7.4 離散系統(tǒng)的性能分析
7.4.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件和代數(shù)判據(jù)
7.4.2 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
7.4.3 離散系統(tǒng)的動態(tài)性能
7.5 應用MATLAB進行離散系統(tǒng)分析
7.6 案例分析與設計
7.7 本章小結
思考題與習題
第8章 現(xiàn)代控制理論初步
8.1 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
8.1.1 狀態(tài)變量和狀態(tài)空間方程
8.1.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的建立
8.1.3 狀態(tài)空間表達式的線性變換
8.1.4 傳遞函數(shù)與狀態(tài)方程之間的轉(zhuǎn)換
8.1.5 狀態(tài)圖
8.2 線性定常系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
8.2.1 線性系統(tǒng)狀態(tài)方程的解
8.2.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算
8.3 線性定常系統(tǒng)的能控性和能觀性
8.3.1 能控性
8.3.2 能觀性
8.3.3 能控、能觀標準型的線性變換
8.3.4 對偶原理
8.4 線性定常系統(tǒng)的極點配置
8.4.1 狀態(tài)反饋
8.4.2 狀態(tài)反饋極點配置定理
8.4.3 求狀態(tài)反饋矩陣K的待定系數(shù)法
8.4.4 求狀態(tài)反饋矩陣K的能控標準型法
8.5 狀態(tài)觀測器
8.5.1 全維狀態(tài)觀測器
8.5.2 配置極點求觀測器增益矩陣的待定系數(shù)法
8.5.3 配置極點求觀測器增益矩陣的能觀標準型法
8.5.4 帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)
8.6 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
8.6.1 李雅普諾夫關于穩(wěn)定性的定義
8.6.2 李雅普諾夫判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法
8.6.3 線性定常系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
8.7 案例分析與設計
8.8 本章小結
思考題與習題
第9章 非線性系統(tǒng)分析
9.1 控制系統(tǒng)的非線性特性
9.1.1 典型的非線性特性
9.1.2 非線性系統(tǒng)的特性
9.1.3 非線性控制系統(tǒng)的分析研究方法
9.2 相平面法
9.2.1 相軌跡的基本概念
9.2.2 相軌跡的基本性質(zhì)
9.2.3 相軌跡的繪制
9.2.4 由相平面圖求時間解
9.2.5 奇點和極限環(huán)
9.2.6 非線性控制系統(tǒng)的相平面分析
9.3 描述函數(shù)法
9.3.1 描述函數(shù)的基本概念
9.3.2 典型非線性特性的描述函數(shù)
9.3.3 非線性控制系統(tǒng)的描述函數(shù)分析
9.4 案例分析與設計
9.5 本章小結
思考題與習題
附錄
附錄A 常見拉普拉斯變換及z變換表
附錄B 控制理論中常用的中英文詞組
參考文獻