控制工程基礎

第1章　緒論 1
1.1　控制工程概述 2
1.1.1　控制理論的發(fā)展概況 2
1.1.2　控制理論的主要內容 3
1.1.3　控制工程基礎的研究對象 3
1.2　控制系統(tǒng)的基本概念 3
1.2.1　控制系統(tǒng)的工作原理 4
1.2.2　開環(huán)控制和閉環(huán)控制 5
1.2.3　反饋控制系統(tǒng)的基本組成 6
1.3　控制系統(tǒng)的分類 7
1.3.1　按輸入信號的變化規(guī)律分類 7
1.3.2　按控制系統(tǒng)的數學模型分類 7
1.3.3　按信號處理技術的方法分類 7
1.4　對控制系統(tǒng)的基本要求 8
1.5　自動控制系統(tǒng)舉例 8
1.5.1　水位自動控制系統(tǒng) 8
1.5.2　機械式轉速控制系統(tǒng) 9
本章小結 9
習題 10
第2章　控制系統(tǒng)的數學模型 12
2.1　控制系統(tǒng)的微分方程 13
2.2　控制系統(tǒng)的傳遞函數 17
2.2.1　傳遞函數的定義 17
2.2.2　傳遞函數的性質 17
2.2.3　傳遞函數的建立 18
2.3　控制系統(tǒng)的典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數 18
2.3.1　典型環(huán)節(jié)的分類及其傳遞函數 19
2.3.2　常用的反饋控制系統(tǒng)傳遞函數 21
2.4　傳遞函數的方塊圖及其簡化運算 23
2.4.1　方塊圖的組成 23
2.4.2　方塊圖的建立 23
2.4.3　方塊圖的簡化運算 26
2.4.4　梅遜公式 29
2.5　典型控制系統(tǒng)的數學模型 30
本章小結 31
習題 32
第3章　控制系統(tǒng)的時域分析法 35
3.1　典型輸入信號及時域性能指標 36
3.1.1　典型輸入信號 36
3.1.2　時域性能指標 38
3.2　一階系統(tǒng)的時間響應分析 39
3.2.1　一階系統(tǒng)的數學模型 39
3.2.2　一階系統(tǒng)的典型時間響應分析 39
3.3　二階系統(tǒng)的時間響應分析 44
3.3.1　二階系統(tǒng)的數學模型 44
3.3.2　二階系統(tǒng)的單位階躍響應分析 44
3.3.3　二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標分析 48
3.4　高階系統(tǒng)的時間響應分析 51
3.5　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 52
3.5.1　系統(tǒng)穩(wěn)定性的定義 52
3.5.2　系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件 53
3.5.3　勞斯穩(wěn)定判據 54
3.6　控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 58
3.6.1　穩(wěn)態(tài)誤差的概念及計算 58
3.6.2　系統(tǒng)的類型 60
3.6.3　穩(wěn)態(tài)誤差系數的概念及計算 61
3.6.4　擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差計算 64
3.7　應用MATLAB進行控制系統(tǒng)的時域分析 67
本章小結 70
習題 70
第4章　控制系統(tǒng)的根軌跡分析法 73
4.1　根軌跡的基本概念 74
4.1.1　根軌跡的定義 74
4.1.2　根軌跡與系統(tǒng)性能 75
4.1.3　根軌跡方程 75
4.2　根軌跡繪制的基本法則 76
4.3　參量根軌跡 81
4.4　用根軌跡分析系統(tǒng)性能 82
4.4.1　主導極點 82
4.4.2　偶極子 83
4.4.3　系統(tǒng)性能與零、極點的關系 85
4.4.4　系統(tǒng)根跡線的改造 85
本章小結 86
習題 87
第5章　控制系統(tǒng)的頻域分析法 89
5.1　頻率特性的基本概念 90
5.1.1　頻率特性的定義 90
5.1.2　頻率特性和傳遞函數之間的關系 91
5.2　頻率特性的幾何表示方法 92
5.2.1　幅相頻率特性曲線 92
5.2.2　對數頻率特性曲線 93
5.3　典型環(huán)節(jié)的對數頻率特性 94
5.3.1　比例環(huán)節(jié) 94
5.3.2　積分環(huán)節(jié) 95
5.3.3　微分環(huán)節(jié) 97
5.3.4　慣性環(huán)節(jié) 97
5.3.5　一階微分環(huán)節(jié) 99
5.3.6　振蕩環(huán)節(jié) 100
5.3.7　二階微分環(huán)節(jié) 102
5.4　系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的繪制 103
5.4.1　伯德圖繪制的簡便方法 104
5.4.2　最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng) 106
5.5　用頻率特性分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 109
5.5.1　奈奎斯特穩(wěn)定判據 109
5.5.2　開環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)的對數頻率穩(wěn)定判據 110
5.5.3　穩(wěn)定裕度與系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性 111
5.5.4　關于相角裕度和幅值裕度的幾點說明 115
5.6　用頻率特性分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 115
5.6.1　系統(tǒng)型別的確定 115
5.6.2　開環(huán)放大倍數K的確定 116
5.7　用頻率特性分析系統(tǒng)的動態(tài)性能 116
5.7.1　開環(huán)頻域指標 116
5.7.2　開環(huán)頻率特性的三頻段與系統(tǒng)性能的關系 117
本章小結 120
習題 120
第6章　控制系統(tǒng)的校正技術 123
6.1　控制系統(tǒng)設計與校正概述 124
6.1.1　控制系統(tǒng)的設計原則 124
6.1.2　控制系統(tǒng)的校正方式 124
6.2　閉環(huán)系統(tǒng)的串聯(lián)校正 125
6.2.1　相位超前校正 125
6.2.2　相位滯后校正 129
6.2.3　相位滯后-超前校正 130
6.2.4　串聯(lián)校正方式的特性比較 131
6.3　閉環(huán)系統(tǒng)的PID控制 131
6.3.1　P控制器 132
6.3.2　PI控制器 133
6.3.3　PD控制器 137
6.3.4　PID控制器 140
6.4　反饋校正 143
6.4.1　利用反饋校正改變局部結構和參數 144
6.4.2　利用反饋校正取代局部結構 145
6.5　復合校正 146
6.5.1　按輸入補償的順饋控制 146
6.5.2　按干擾補償的前饋控制 147
本章小結 148
習題 148
第7章　計算機控制技術 152
7.1　計算機控制系統(tǒng)概述 153
7.1.1　計算機控制系統(tǒng)的組成 153
7.1.2　計算機控制系統(tǒng)的特點 154
7.2　連續(xù)信號的采樣 154
7.2.1　連續(xù)信號的采樣過程 154
7.2.2　連續(xù)信號的采樣定理 156
7.3　離散系統(tǒng)的差分方程 156
7.3.1　差分的概念 156
7.3.2　差分方程的概念 157
7.3.3　差分方程的求解 157
7.4　離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數 158
7.4.1　脈沖傳遞函數的概念 158
7.4.2　脈沖傳遞函數的求取 159
7.5　離散系統(tǒng)的性能分析 160
7.5.1　離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析 160
7.5.2　離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 163
7.5.3　離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 164
7.6　計算機控制系統(tǒng)的程序設計 165
7.6.1　控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的程序設計 165
7.6.2　數字PID控制器的程序設計 172
本章小結 177
習題 177
　　
附錄 179
附錄A　拉普拉斯變換 179
A.1　拉普拉斯變換的定義 179
A.2　拉普拉斯變換的基本性質和定理 179
A.3　拉普拉斯變換表 182
附錄B　z變換 184
B.1  z變換的定義 184
B.2　z變換的基本性質和定理 185
B.3　z變換表 186
　　
參考文獻 188