自动控制原理 上PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1 引言 1

1.2 自动控制系统的基本形式 3

1.2.1　开环控制系统 4

1.2.2　闭环控制系统 6

1.2.3　智能化发展趋势 10

1.3 自动控制的基本方式 11

1.3.1　反馈控制与顺馈控制 11

1.3.2　复合控制 12

1.4 自动控制系统的基本类型 14

1.4.1 连续控制系统与离散控制系统 14

1.4.2　线性控制系统与非线性控制系统 15

1.4.3　定常系统与时变系统 16

1.4.4　恒值控制系统与随动控制系统 17

1.5 对自动控制系统的基本要求 18

1.5.1　基本要求 18

1.5.2　典型输入信号 20

1.6 历史的回顾与全书的体系结构 23

小结 26

典型例题分析 28

习题 32

第2章　控制系统的数学描述 34

2.1 引言 34

2.2　输入输出描述法 39

2.2.1　输入输出微分方程的建立及其求解 39

2.2.2　传递函数与传递函数的零点和极点 42

2.2.3　典型环节的传递函数 50

2.2.4　多变量系统的传递函数阵 58

2.3 数学模型图示法与反馈控制系统的传递函数 60

2.3.1　结构图 60

2.3.2　信号流图与梅森增益公式 69

2.3.3　状态变量图 76

2.3.4　反馈控制系统的传递函数 79

2.3.5　应用MATLAB求反馈控制系统的传递函数 83

2.4　状态空间描述法 90

2.4.1　状态与状态空间 90

2.4.2　控制系统的状态空间表达式 94

2.4.3　线性定常系统状态空间表达式的建立 98

2.4.4　系统零极点及其与传递函数零极点的关系 101

2.4.5 应用MATLAB求线性定常系统的状态空间表达式 102

2.5　输入输出模型与状态空间模型之间的相互转换 105

2.5.1 由状态空间模型转换为传递函数（阵） 105

2.5.2 由传递函数转换为状态空间模型 108

2.5.3　应用MATLAB进行模型之间的相互转换和求零极点 115

2.6 实际控制系统数学模型的建立 119

2.6.1　非线性数学模型的线性化 121

2.6.2　典型机电控制系统的传递函数与状态空间表达式 124

2.6.3　典型机械系统的数学模型与相似性原理 130

2.6.4　典型液面控制系统的传递函数与状态空间表达式 135

2.6.5　热力控制系统的传递函数与状态空间表达式 139

小结 142

典型例题分析 144

习题 164

第3章　线性控制系统的运动分析 171

3.1 引言 171

3.1.1　分析的出发点和基本内容 171

3.1.2　线性控制系统的时间响应 173

3.2　控制系统的零输入响应 175

3.2.1　基于输入输出模型系统的零输入响应 175

3.2.2　基于状态空间模型系统的零输入响应 178

3.2.3　状态转移矩阵与线性时变系统的零输入响应 186

3.2.4　应用MATLAB求控制系统的零输入响应 192

3.3　控制系统的零状态响应 194

3.3.1 基于输入输出模型系统的零状态响应 194

3.3.2　基于状态空间模型系统的零状态响应 202

3.3.3 应用MATLAB求控制系统的零状态响应 208

3.4　控制系统运动的稳定性 210

3.4.1　内部稳定性 211

3.4.2　外部稳定性及其与内部稳定性之间的关系 218

3.4.3　劳斯-赫尔维茨稳定判据 221

3.4.4　李雅普诺夫第一方法 228

3.5　控制系统的暂态响应特性 230

3.5.1　单位阶跃响应与性能指标 230

3.5.2　一阶系统的暂态响应特性 233

3.5.3　二阶规范系统的暂态响应特性 235

3.5.4　添加零点对二阶规范系统暂态特性的影响 249

3.5.5　高阶系统的暂态响应特性 255

3.6　控制系统的稳态误差 264

3.6.1　跟踪稳态误差 265

3.6.2　扰动稳态误差 277

3.7　控制系统的基本控制律——PID控制 282

小结 287

典型例题分析 289

习题 310

第4章　根轨迹法 319

4.1 引言 319

4.1.1　系统灵敏度与反馈的作用 319

4.1.2　根轨迹法的基本概念 328

4.2　根轨迹的基本原理与绘制方法 330

4.2.1　幅角条件与幅值条件 330

4.2.2　根轨迹法的一般步骤 332

4.2.3　绘制根轨迹的基本规则 332

4.2.4　参数根轨迹 343

4.3 应用MATLAB绘制根轨迹和对系统进行分析 345

4.4　零度根轨迹 347

4.5　根轨迹族 351

4.6　根轨迹综合法 354

4.6.1　校正的基本方式 354

4.6.2　添加开环零极点对根轨迹形状的影响 356

4.6.3　校正装置 359

4.7　串联校正的综合 364

4.7.1　串联超前校正的综合 366

4.7.2　串联迟后校正的综合 370

4.7.3　串联迟后-超前校正的综合 372

4.8　局部反馈校正的综合 375

小结 377

典型例题分析 379

习题 397

第5章　频率响应分析法 402

5.1 频率特性 402

5.1.1　频率特性的基本概念 403

5.1.2　频率特性的图示方法 407

5.1.3　频率特性与零极点的关系 412

5.2　典型环节的频率特性 413

5.2.1 比例环节的频率特性 413

5.2.2　积分环节与微分环节的频率特性 413

5.2.3　惯性环节与一阶微分环节的频率特性 414

5.2.4　振荡环节与二阶微分环节的频率特性 417

5.2.5　非最小相位环节的频率特性 420

5.3　控制系统频率特性图的绘制 422

5.3.1　控制系统伯德图的绘制 423

5.3.2　控制系统极坐标图的绘制 426

5.3.3 应用MATLAB绘制控制系统的频率特性图 430

5.4　闭环频率特性 435

5.4.1 应用MATLAB绘制尼科尔斯图 435

5.4.2　闭环频率特性的基本特点 441

5.5 最小相位系统与频率特性函数的若干重要性质 444

5.5.1　最小相位系统与非最小相位系统 444

5.5.2　频率特性函数的若干重要性质 445

5.6　奈奎斯特稳定判据 448

5.6.1　映射定理 448

5.6.2　奈奎斯特稳定判据 449

5.6.3　奈奎斯特稳定判据的对数坐标图形式 458

5.7　控制系统的稳定裕量与鲁棒性 460

5.7.1　相角裕量与增益裕量 460

5.7.2　应用MATLAB或开环对数渐近幅频曲线计算系统的稳定裕量 464

5.8　应用频率特性估算控制系统的暂态与稳态性能 466

5.8.1 二阶规范系统的（时域）暂态响应与频率响应之间的关系 466

5.8.2　一般控制系统的（时域）暂态响应与频率响应之间的关系 469

5.8.3　控制系统的稳态性能与开环频率特性之间的关系 474

5.9　应用频率响应实验法确定传递函数 476

小结 479

典型例题分析 481

习题 498