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自动控制原理 [黄江平 主编] 2014年版
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资料介绍
自动控制原理
作者：黄江平 主编
出版时间：2014年版
丛编项： 自动化专业规划教材
内容简介
本书比较全面地阐述了自动控制的基本理论及应用。主要内容有线性系统的数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统校正方法、离散控制系统、非线性控制系统的分析方法，以及PID控制器设计，并且每章都有关于MATLAB与Simulink在控制系统分析与设计中的应用。本书从实际应用出发，力求突出物理概念，紧密结合具体的自动控制系统介绍经典控制理论的最基本内容。内容叙述深入浅出、通俗易懂。
目录
第1章 自动控制的一般概念 （1）
1．1 自动控制与自动控制系统 （1）
1．2 自动控制的方式 （2）
1．2．1 开环控制与闭环控制 （2）
1．2．2 闭环控制系统的组成 （4）
1．3 自动控制系统的分类 （5）
1．4 对自动控制系统的基本要求 （7）
1．5 自动控制系统的分析与设计工具 （8）
本章小结 （10）
习题 （10）
第2章 控制系统的数学模型 （12）
2．1 引言 （12）
2．2 控制系统的时域数学模型 （12）
2．2．1 线性元件的微分方程 （12）
2．2．2 控制系统的微分方程的建立 （14）
2．2．3 线性微分方程的求解 （15）
2．2．4 非线性元件微分方程的线性化 （16）
2．3 控制系统的复数域数学模型 （18）
2．3．1 传递函数的定义和性质 （19）
2．3．2 传递函数的几种表示形式 （20）
2．3．3 典型环节及其传递函数 （21）
2．4 控制系统的方块图及其等效变换 （25）
2．4．1 方块图定义 （25）
2．4．2 方块图组成及绘制 （25）
2．4．3 方块图的等效变换 （26）
2．4．4 控制系统的传递函数 （28）
2．5 控制系统的信号流图 （33）
2．5．1 信号流图及其等效变换 （33）
2．5．2 梅森公式及其应用 （36）
2．6 数学模型的实验测定法 （37）
2．7 MATLAB在控制系统数学模型中的应用 （40）
本章小结 （43）
习题 （43）
第3章 线性系统的时域分析法 （47）
3．1 典型输入信号及性能指标 （47）
3．1．1 典型输入信号 （47）
3．1．2 稳态指标与动态指标 （48）
3．2 一阶系统的时域分析 （49）
3．2．1 一阶系统的单位阶跃响应 （50）
3．2．2 一阶系统的单位脉冲响应 （50）
3．2．3 一阶系统的单位斜坡响应 （51）
3．2．4 一阶系统的单位加速度响应 （51）
3．3 二阶系统的时域分析 （52）
3．3．1 二阶系统的阶跃响应 （52）
3．3．2 二阶系统阶跃响应的性能指标 （55）
3．3．3 二阶系统性能指标的改善 （57）
3．4 高阶系统的时域分析 （60）
3．5 线性系统的稳定性分析 （62）
3．5．1 稳定的基本概念和系统稳定的充要条件 （63）
3．5．2 劳斯稳定判据 （64）
3．5．3 劳斯稳定判据的应用 （67）
3．6 线性系统的稳态误差 （68）
3．6．1 稳态误差的定义 （68）
3．6．2 系统类型 （70）
3．6．3 给定作用下的稳态误差 （70）
3．6．4 扰动作用下的稳态误差 （73）
3．6．5 减小或消除稳态误差的措施 （73）
3．7 MATLAB在时域分析法中的应用 （77）
本章小结 （80）
习题 （81）
第4章 线性系统的根轨迹分析法 （84）
4．1 根轨迹的基本概念 （84）
4．1．1 根轨迹 （84）
4．1．2 根轨迹的幅值条件和相角条件 （85）
4．2 根轨迹的绘制法则 （86）
4．2．1 绘制常规根轨迹一般法则 （86）
4．2．2 根轨迹绘制举例 （94）
4．3 广义根轨迹 （96）
4．3．1 参量根轨迹 （96）
4．3．2 零度根轨迹 （98）
4．4 开环零极点变化对根轨迹的影响 （100）
4．4．1 开环零极点位置的相对变化对根轨迹的影响 （100）
4．4．2 增加开环零点对根轨迹的影响 （101）
4．4．3 增加开环极点对根轨迹的影响 （102）
4．5 根轨迹法分析控制系统 （103）
4．5．1 根轨迹确定系统的闭环极点 （103）
4．5．2 系统的稳定性分析及相关参数的确定 （103）
4．5．3 根轨迹分析系统的动态性能 （105）
4．6 MATLAB在根轨迹分析中的应用 （105）
4．6．1 系统根轨迹绘制 （106）
4．6．2 由根轨迹图分析系统性能 （107）
本章小结 （109）
习题 （109）
第5章 线性系统的频域分析法 （112）
5．1 频率特性及其表示法 （112）
5．1．1 频率特性的基本概念 （112）
5．1．2 频率特性的几种表示法 （114）
5．2 频率特性的极坐标图(Nyquist图) （116）
5．2．1 典型环节频率特性的极坐标图 （116）
5．2．2 系统开环频率特性的极坐标图 （119）
5．3 频率特性的对数坐标图 （122）
5．3．1 典型环节频率特性的Bode图 （122）
5．3．2 系统开环频率特性的Bode图 （126）
5．3．3 最小相位系统 （128）
5．3．4 传递函数的频域实验确定 （129）
5．4 频率域的稳定判据 （130）
5．4．1 幅角原理 （130）
5．4．2 奈奎斯特稳定判据 （131）
5．4．3 对数频率稳定判据 （134）
5．5 稳定裕度 （135）
5．5．1 稳定裕度的定义 （135）
5．5．2 稳定裕度的计算 （136）
5．6 利用开环频率特性分析系统的性能 （138）
5．7 利用闭环频率特性分析系统的性能 （140）
5．7．1 闭环频率特性 （140）
5．7．2 闭环频域指标与时域指标的关系 （140）
5．7．3 开环频域指标与时域指标的关系 （142）
5．8 MATLAB在频率分析法中的应用 （143）
本章小结 （145）
习题 （145）
第6章 控制系统的校正 （148）
6．1 引言 （148）
6．2 PID控制方法的分析 （150）
6．2．1 P控制器 （150）
6．2．2 PI控制器 （150）
6．2．3 PD控制器 （151）
6．2．4 PID控制器 （151）
6．2．5 PID控制器参数整定 （154）
6．3 常用校正装置及其特性 （156）
6．3．1 超前校正装置及其特性 （157）
6．3．2 滞后校正装置及其特性 （157）
6．3．3 滞后-超前校正装置及其特性 （158）
6．4 基于频率法的串联校正设计 （159）
6．4．1 串联超前校正 （159）
6．4．2 串联滞后校正 （161）
6．4．3 串联超前-滞后校正 （163）
6．4．4 按期望特性对系统进行串联校正 （165）
6．5 反馈校正 （166）
6．5．1 利用反馈校正改变局部环节的结构与参数 （167）
6．5．2 利用负反馈可以消除系统不可变部分中的不希望有的特性 （168）
6．5．3 利用反馈校正抑制一些严重扰动 （168）
6．6 MATLAB在控制系统校正中的应用 （169）
6．6．1 MATLAB指令在系统校正中的应用 （170）
6．6．2 Simulink在系统校正中的应用 （171）
本章小结 （172）
习题 （173）
第7章 线性离散控制系统 （175）
7．1 引言 （175）
7．2 采样与保持 （176）
7．2．1 采样过程 （177）
7．2．2 理想采样过程 （178）
7．2．3 保持器 （179）
7．3 z变换 （181）
7．3．1 时间函数的z变换 （181）
7．3．2 z变换的性质 （184）
7．3．3 z反变换 （186）
7．4 脉冲传递函数 （188）
7．4．1 脉冲传递函数的推导与计算 （188）
7．4．2 开环脉冲传递函数 （189）
7．4．3 闭环系统脉冲传递函数 （192）
7．5 离散控制系统的稳定性分析 （196）
7．5．1 s平面与z平面之间的映射 （196）
7．5．2 z平面上的稳定性分析方法 （197）
7．5．3 双线变换性 （198）
7．5．4 w平面上的稳定性分析方法 （199）
7．6 离散控制系统的时间响应 （199）
7．6．1 闭环极点与冲激响应的关系 （199）
7．6．2 离散系统的动态响应指标 （202）
7．6．3 离散系统的稳态误差 （203）
7．7 离散控制系统的校正 （205）
7．7．1 数字控制器的脉冲传递函数 （205）
7．7．2 最少拍系统设计 （206）
7．7．3 数字校正装置的实现 （209）
7．8 利用MATLAB进行离散控制系统分析 （209）
7．8．1 数学模型的处理 （210）
7．8．2 离散系统的输出响应 （211）
7．8．3 用Simulink对离散系统进行仿真 （212）
本章小结 （212）
习题 （213）
第8章 非线性系统分析 （216）
8．1 非线性系统的概述 （216）
8．1．1 典型的非线性特性 （216）
8．1．2 非线性系统的特点 （218）
8．2 描述函数分析法 （219）
8．2．1 描述函数的基本概念 （219）
8．2．2 典型非线性环节的描述函数 （221）
8．2．3 非线性系统的简化 （224）
8．2．4 基于描述函数法的非线性系统的分析 （226）
8．3 基于MATLAB/Simulink的非线性系统分析 （230）
本章小结 （231）
习题 （231）
附录A 习题参考答案 （233）
参考文献 （244）
作者：黄江平 主编
出版时间：2014年版
丛编项： 自动化专业规划教材
内容简介
本书比较全面地阐述了自动控制的基本理论及应用。主要内容有线性系统的数学模型、时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、控制系统校正方法、离散控制系统、非线性控制系统的分析方法，以及PID控制器设计，并且每章都有关于MATLAB与Simulink在控制系统分析与设计中的应用。本书从实际应用出发，力求突出物理概念，紧密结合具体的自动控制系统介绍经典控制理论的最基本内容。内容叙述深入浅出、通俗易懂。
目录
第1章 自动控制的一般概念 （1）
1．1 自动控制与自动控制系统 （1）
1．2 自动控制的方式 （2）
1．2．1 开环控制与闭环控制 （2）
1．2．2 闭环控制系统的组成 （4）
1．3 自动控制系统的分类 （5）
1．4 对自动控制系统的基本要求 （7）
1．5 自动控制系统的分析与设计工具 （8）
本章小结 （10）
习题 （10）
第2章 控制系统的数学模型 （12）
2．1 引言 （12）
2．2 控制系统的时域数学模型 （12）
2．2．1 线性元件的微分方程 （12）
2．2．2 控制系统的微分方程的建立 （14）
2．2．3 线性微分方程的求解 （15）
2．2．4 非线性元件微分方程的线性化 （16）
2．3 控制系统的复数域数学模型 （18）
2．3．1 传递函数的定义和性质 （19）
2．3．2 传递函数的几种表示形式 （20）
2．3．3 典型环节及其传递函数 （21）
2．4 控制系统的方块图及其等效变换 （25）
2．4．1 方块图定义 （25）
2．4．2 方块图组成及绘制 （25）
2．4．3 方块图的等效变换 （26）
2．4．4 控制系统的传递函数 （28）
2．5 控制系统的信号流图 （33）
2．5．1 信号流图及其等效变换 （33）
2．5．2 梅森公式及其应用 （36）
2．6 数学模型的实验测定法 （37）
2．7 MATLAB在控制系统数学模型中的应用 （40）
本章小结 （43）
习题 （43）
第3章 线性系统的时域分析法 （47）
3．1 典型输入信号及性能指标 （47）
3．1．1 典型输入信号 （47）
3．1．2 稳态指标与动态指标 （48）
3．2 一阶系统的时域分析 （49）
3．2．1 一阶系统的单位阶跃响应 （50）
3．2．2 一阶系统的单位脉冲响应 （50）
3．2．3 一阶系统的单位斜坡响应 （51）
3．2．4 一阶系统的单位加速度响应 （51）
3．3 二阶系统的时域分析 （52）
3．3．1 二阶系统的阶跃响应 （52）
3．3．2 二阶系统阶跃响应的性能指标 （55）
3．3．3 二阶系统性能指标的改善 （57）
3．4 高阶系统的时域分析 （60）
3．5 线性系统的稳定性分析 （62）
3．5．1 稳定的基本概念和系统稳定的充要条件 （63）
3．5．2 劳斯稳定判据 （64）
3．5．3 劳斯稳定判据的应用 （67）
3．6 线性系统的稳态误差 （68）
3．6．1 稳态误差的定义 （68）
3．6．2 系统类型 （70）
3．6．3 给定作用下的稳态误差 （70）
3．6．4 扰动作用下的稳态误差 （73）
3．6．5 减小或消除稳态误差的措施 （73）
3．7 MATLAB在时域分析法中的应用 （77）
本章小结 （80）
习题 （81）
第4章 线性系统的根轨迹分析法 （84）
4．1 根轨迹的基本概念 （84）
4．1．1 根轨迹 （84）
4．1．2 根轨迹的幅值条件和相角条件 （85）
4．2 根轨迹的绘制法则 （86）
4．2．1 绘制常规根轨迹一般法则 （86）
4．2．2 根轨迹绘制举例 （94）
4．3 广义根轨迹 （96）
4．3．1 参量根轨迹 （96）
4．3．2 零度根轨迹 （98）
4．4 开环零极点变化对根轨迹的影响 （100）
4．4．1 开环零极点位置的相对变化对根轨迹的影响 （100）
4．4．2 增加开环零点对根轨迹的影响 （101）
4．4．3 增加开环极点对根轨迹的影响 （102）
4．5 根轨迹法分析控制系统 （103）
4．5．1 根轨迹确定系统的闭环极点 （103）
4．5．2 系统的稳定性分析及相关参数的确定 （103）
4．5．3 根轨迹分析系统的动态性能 （105）
4．6 MATLAB在根轨迹分析中的应用 （105）
4．6．1 系统根轨迹绘制 （106）
4．6．2 由根轨迹图分析系统性能 （107）
本章小结 （109）
习题 （109）
第5章 线性系统的频域分析法 （112）
5．1 频率特性及其表示法 （112）
5．1．1 频率特性的基本概念 （112）
5．1．2 频率特性的几种表示法 （114）
5．2 频率特性的极坐标图(Nyquist图) （116）
5．2．1 典型环节频率特性的极坐标图 （116）
5．2．2 系统开环频率特性的极坐标图 （119）
5．3 频率特性的对数坐标图 （122）
5．3．1 典型环节频率特性的Bode图 （122）
5．3．2 系统开环频率特性的Bode图 （126）
5．3．3 最小相位系统 （128）
5．3．4 传递函数的频域实验确定 （129）
5．4 频率域的稳定判据 （130）
5．4．1 幅角原理 （130）
5．4．2 奈奎斯特稳定判据 （131）
5．4．3 对数频率稳定判据 （134）
5．5 稳定裕度 （135）
5．5．1 稳定裕度的定义 （135）
5．5．2 稳定裕度的计算 （136）
5．6 利用开环频率特性分析系统的性能 （138）
5．7 利用闭环频率特性分析系统的性能 （140）
5．7．1 闭环频率特性 （140）
5．7．2 闭环频域指标与时域指标的关系 （140）
5．7．3 开环频域指标与时域指标的关系 （142）
5．8 MATLAB在频率分析法中的应用 （143）
本章小结 （145）
习题 （145）
第6章 控制系统的校正 （148）
6．1 引言 （148）
6．2 PID控制方法的分析 （150）
6．2．1 P控制器 （150）
6．2．2 PI控制器 （150）
6．2．3 PD控制器 （151）
6．2．4 PID控制器 （151）
6．2．5 PID控制器参数整定 （154）
6．3 常用校正装置及其特性 （156）
6．3．1 超前校正装置及其特性 （157）
6．3．2 滞后校正装置及其特性 （157）
6．3．3 滞后-超前校正装置及其特性 （158）
6．4 基于频率法的串联校正设计 （159）
6．4．1 串联超前校正 （159）
6．4．2 串联滞后校正 （161）
6．4．3 串联超前-滞后校正 （163）
6．4．4 按期望特性对系统进行串联校正 （165）
6．5 反馈校正 （166）
6．5．1 利用反馈校正改变局部环节的结构与参数 （167）
6．5．2 利用负反馈可以消除系统不可变部分中的不希望有的特性 （168）
6．5．3 利用反馈校正抑制一些严重扰动 （168）
6．6 MATLAB在控制系统校正中的应用 （169）
6．6．1 MATLAB指令在系统校正中的应用 （170）
6．6．2 Simulink在系统校正中的应用 （171）
本章小结 （172）
习题 （173）
第7章 线性离散控制系统 （175）
7．1 引言 （175）
7．2 采样与保持 （176）
7．2．1 采样过程 （177）
7．2．2 理想采样过程 （178）
7．2．3 保持器 （179）
7．3 z变换 （181）
7．3．1 时间函数的z变换 （181）
7．3．2 z变换的性质 （184）
7．3．3 z反变换 （186）
7．4 脉冲传递函数 （188）
7．4．1 脉冲传递函数的推导与计算 （188）
7．4．2 开环脉冲传递函数 （189）
7．4．3 闭环系统脉冲传递函数 （192）
7．5 离散控制系统的稳定性分析 （196）
7．5．1 s平面与z平面之间的映射 （196）
7．5．2 z平面上的稳定性分析方法 （197）
7．5．3 双线变换性 （198）
7．5．4 w平面上的稳定性分析方法 （199）
7．6 离散控制系统的时间响应 （199）
7．6．1 闭环极点与冲激响应的关系 （199）
7．6．2 离散系统的动态响应指标 （202）
7．6．3 离散系统的稳态误差 （203）
7．7 离散控制系统的校正 （205）
7．7．1 数字控制器的脉冲传递函数 （205）
7．7．2 最少拍系统设计 （206）
7．7．3 数字校正装置的实现 （209）
7．8 利用MATLAB进行离散控制系统分析 （209）
7．8．1 数学模型的处理 （210）
7．8．2 离散系统的输出响应 （211）
7．8．3 用Simulink对离散系统进行仿真 （212）
本章小结 （212）
习题 （213）
第8章 非线性系统分析 （216）
8．1 非线性系统的概述 （216）
8．1．1 典型的非线性特性 （216）
8．1．2 非线性系统的特点 （218）
8．2 描述函数分析法 （219）
8．2．1 描述函数的基本概念 （219）
8．2．2 典型非线性环节的描述函数 （221）
8．2．3 非线性系统的简化 （224）
8．2．4 基于描述函数法的非线性系统的分析 （226）
8．3 基于MATLAB/Simulink的非线性系统分析 （230）
本章小结 （231）
习题 （231）
附录A 习题参考答案 （233）
参考文献 （244）
