普通高等学校仪器科学与技术专业系列教材 自动控制原理及应用 第3版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1自动控制的发展概述 1

1.2控制系统工作原理 3

1.3自动控制系统的类型 5

1.3.1开环控制系统和闭环控制系统 5

1.3.2定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统 7

1.3.3连续控制系统和离散控制系统 8

1.3.4线性控制系统和非线性控制系统 9

1.3.5单变量控制系统和多变量控制系统 10

1.4小结 11

习题 12

第2章 线性控制系统的运动方程及模型描述 15

2.1引言 15

2.2传递函数 16

2.2.1传递函数的定义 16

2.2.2传递函数的极点和零点 17

2.2.3典型环节及其传递函数 17

2.3线性控制系统的数学模型 20

2.3.1电气系统的数学模型 20

2.3.2机械系统的数学模型 23

2.3.3工业过程装置的数学模型 25

2.3.4检测与执行装置的数学模型 31

2.3.5典型对象或环节的数学模型 37

2.4框图 45

2.4.1框图的基本符号和连接 45

2.4.2框图的变换和简化 47

2.5信号流图 53

2.5.1信号流图常用术语 54

2.5.2框图及相应的信号流图 55

2.5.3框图与信号流图的转换 56

2.5.4信号流图的运算与简化规则 57

2.5.5梅森增益公式 59

2.6应用MATLAB对数学模型进行描述 62

2.6.1应用MATLAB进行数学模型转换 62

2.6.2应用MATLAB求系统时域解 63

2.6.3基于MATLAB求取系统传递函数 65

2.7运用工程知识解决控制系统复杂工程问题 67

2.7.1槽式反应器的温度控制系统 67

2.7.2反应器的温度控制系统框图 68

2.7.3被控对象的特性分析及数学模型的建立 68

2.7.4构建适应被控对象特性变化的控制系统 70

2.8小结 70

习题 72

第3章 连续控制系统的时域和频域分析方法 78

3.1引言 78

3.2连续控制系统的时域分析法 79

3.2.1典型输入信号 79

3.2.2控制系统的瞬态响应及性能指标 83

3.3连续控制系统的根轨迹分析法 102

3.3.1根轨迹法的基本概念 103

3.3.2绘制根轨迹的基本条件和规则 104

3.3.3根轨迹绘制方法举例 117

3.4连续控制系统的频域分析法 129

3.4.1频率特性及其与传递函数的关系 129

3.4.2频率特性的图示方法 132

3.5基于MATLAB的时域和频域分析方法 159

3.5.1应用MATLAB求系统的时域响应 159

3.5.2应用MATLAB计算时域性能指标 161

3.5.3应用MATLAB分析系统根轨迹 163

3.5.4应用MATLAB绘制伯德图示例 168

3.5.5应用MATLAB绘制奈奎斯特图示例 173

3.5.6应用MATLAB绘制尼柯尔斯图示例 178

3.6基于学科和专业基础知识分析控制系统复杂工程问题 182

3.6.1生物发酵过程自动控制系统组成 182

3.6.2生物发酵过程输入量（控制量）与输出量（被控量）的关联性分析 182

3.6.3金霉素发酵过程关键变量的优化控制 183

3.7小结 186

习题 188

第4章 闭环控制系统的稳定性分析 191

4.1引言 191

4.2劳斯稳定判据 191

4.2.1系统稳定性的初步判别 192

4.2.2劳斯判据 193

4.2.3劳斯判据的特殊情况 195

4.2.4劳斯判据的应用 198

4.3奈奎斯特稳定判据 200

4.3.1映射定理 201

4.3.2奈奎斯特稳定判据原理 206

4.3.3开环极点或零点位于jw轴上时的奈奎斯特判据 210

4.4伯德图的稳定性分析 214

4.4.1增益裕量和相角裕量 215

4.4.2相角裕量与过渡过程性能指标的关系 218

4.4.3最小相位系统和非最小相位系统 221

4.5闭环频率特性 222

4.5.1由开环频率特性求取闭环频率特性 222

4.5.2等M圆图和等N圆图 223

4.5.3尼柯尔斯图线 225

4.6应用MATLAB判断系统的稳定性 228

4.7设计控制系统复杂工程问题的解决方案 229

4.7.1控制系统关联性原理概述 229

4.7.2控制系统关联性数学分析 230

4.7.3控制系统关联性分析举例 231

4.8小结 233

习题 234

第5章 闭环控制系统的误差分析 237

5.1引言 237

5.2控制系统的稳态误差 237

5.2.1稳态误差和误差传递函数 237

5.2.2控制系统的结构类型 239

5.2.3给定输入下（随动系统）的稳态误差 239

5.2.4扰动输入下（定值系统）的稳态误差 241

5.3稳态误差与对数幅频特性曲线的关系 244

5.3.1稳态位置误差系数的确定 244

5.3.2稳态速度误差系数的确定 244

5.3.3稳态加速度误差系数的确定 245

5.3.4减小稳态误差的若干措施 245

5.4控制系统的复杂工程问题进行预测与模拟 247

5.4.1基于偏差的自动控制系统构成 247

5.4.2参数优化（搜索）中存在的问题 247

5.4.3并行搜索的基本思想 248

5.4.4基于矩阵的多个单纯形并行搜索 249

5.4.5应用举例 249

5.5小结 251

习题 252

第6章 闭环控制系统的综合校正 253

6.1引言 253

6.2控制系统的根轨迹校正方法 253

6.2.1基于根轨迹的超前校正 255

6.2.2基于根轨迹的滞后校正 258

6.3控制系统的频率特性校正方法 261

6.3.1基于伯德图的超前校正 262

6.3.2基于伯德图的滞后校正 265

6.4PID控制器特性分析及应用 269

6.4.1PID控制规律 269

6.4.2PID控制器参数对控制过程的影响 273

6.4.3PID控制器参数对系统根轨迹的影响 276

6.4.4PID控制器参数对系统频率特性稳定裕量的影响 282

6.5基于典型的控制规律研究控制系统中的复杂工程问题 287

6.5.1基于改进BP算法的控制系统设计 287

6.5.2基于人工神经网络的智能控制系统仿真研究 289

6.6小结 293

习题 294

第7章 控制系统的状态空间分析与设计 296

7.1引言 296

7.2控制系统的状态空间描述 297

7.2.1状态空间描述的基本概念 297

7.2.2状态空间表达式的建立 303

7.2.3状态空间的线性变换与规范化 320

7.3线性定常连续系统状态方程的解法 327

7.4线性系统的能控性和能观性 335

7.4.1能控性和能观性概念的提出 336

7.4.2线性定常连续系统能控性定义及其判据 337

7.4.3线性定常连续系统能观性定义及其判据 344

7.4.4能控性与能观性的对偶关系 350

7.4.5能控性和能观性与传递函数（矩阵）的关系 352

7.5控制系统的状态空间设计 353

7.5.1状态反馈与极点配置 354

7.5.2状态重构与状态观测器 363

7.6MATLAB在状态空间法中的应用 369

7.6.1状态空间模型建立与转换 369

7.6.2能控性与能观性的判定 370

7.6.3状态反馈系统极点配置 371

7.7分析控制系统中的复杂工程问题及设计解决方案 372

7.7.1电控液压举升系统的构成 372

7.7.2电控液压举升控制系统的数学模型 372

7.7.3液压举升系统可控性与可观性分析 373

7.7.4自卸车液压举升系统PID控制仿真 375

7.8小结 377

习题 378

附录A 383

A.1拉氏变换 383

A.1.1拉氏变换的定义 383

A.1.2基本函数的拉氏变换 384

A.1.3拉氏变换的主要运算定理 386

A.2拉氏变换求解线性常微分方程 388

A.2.1拉氏反变换 388

A.2.2拉氏变换的应用举例 388

A.3海维塞德部分分式展开法 391

参考文献 397