自動(dòng)控制原理

前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.1.1 自動(dòng)控制理論的發(fā)展
1.1.2 人工控制與自動(dòng)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(shù)語定義
1.2 自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(zhǔn)確性
1.4 MATLABSimulink介紹
1.5 本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換
2.4.1 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的建立
2.4.2 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換法則
2.4.3 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換舉例
2.5 自動(dòng)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(hào)流圖
2.6.1 信號(hào)流圖的術(shù)語和性質(zhì)
2.6.2 信號(hào)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(yīng)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(shí)間常數(shù)形式的傳遞函數(shù)模型表示
2.8.2 零極點(diǎn)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(shè)計(jì)
2.1 0本章小結(jié)
思考題與習(xí)題
第3章 時(shí)域分析法
3.1 典型輸入信號(hào)和時(shí)域性能指標(biāo)
3.1.1 典型輸入信號(hào)
3.1.2 階躍響應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)
3.1.3 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)
3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)域分析
3.2.1 單位階躍響應(yīng)
3.2.2 單位脈沖響應(yīng)
3.2.3 單位斜坡響應(yīng)
3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)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(yīng)
3.3.3 系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)
3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)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(yīng)用
3.6 穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算
3.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義和計(jì)算
3.6.2 給定輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.3 擾動(dòng)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(yīng)用MATLAB求控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)
3.8 案例分析與設(shè)計(jì)
3.9 本章小結(jié)思考題與習(xí)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(yīng)用MATLAB繪制控制系統(tǒng)的根軌跡
4.5 案例分析與設(shè)計(jì)
4.6 本章小結(jié)
思考題與習(xí)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(yīng)
5.1.2 頻率特性
5.1.3 頻率特性與傳遞函數(shù)的關(guān)系
5.1.4 頻率特性的表示方法
5.2 對數(shù)坐標(biāo)圖
5.2.1 對數(shù)坐標(biāo)圖的特點(diǎn)
5.2.2 典型環(huán)節(jié)的對數(shù)坐標(biāo)圖
5.2.3 開環(huán)傳遞函數(shù)的對數(shù)坐標(biāo)圖
5.2.4 系統(tǒng)類型與對數(shù)幅頻特性曲線之間的關(guān)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(diǎn)時(shí)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(diǎn)時(shí)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(biāo)和時(shí)域性能指標(biāo)的關(guān)系
5.7.1 開環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系
5.7.2 閉環(huán)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系
5.7.3 開環(huán)對數(shù)頻率特性曲線與系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)之間的關(guān)系
5.8 應(yīng)用MATLAB繪制系統(tǒng)的頻率特性曲線
5.9 案例分析與設(shè)計(jì)
5.1 0本章小結(jié)
思考題與習(xí)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(biāo)
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(shè)計(jì)
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(jìn)行串聯(lián)校正
6.5 應(yīng)用MATLAB進(jìn)行校正設(shè)計(jì)
6.6 案例分析與設(shè)計(jì)
6.7 本章小結(jié)
思考題與習(xí)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(hào)的采樣與復(fù)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(xué)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(dòng)態(tài)性能
7.5 應(yīng)用MATLAB進(jìn)行離散系統(tǒng)分析
7.6 案例分析與設(shè)計(jì)
7.7 本章小結(jié)
思考題與習(xí)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(dá)式的建立
8.1.3 狀態(tài)空間表達(dá)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)配置
8.4.1 狀態(tài)反饋
8.4.2 狀態(tài)反饋極點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)求觀測器增益矩陣的待定系數(shù)法
8.5.3 配置極點(diǎn)求觀測器增益矩陣的能觀標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(shè)計(jì)
8.8 本章小結(jié)
思考題與習(xí)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(shí)間解
9.2.5 奇點(diǎn)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(shè)計(jì)
9.5 本章小結(jié)
思考題與習(xí)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(xiàn)