自动控制原理与应用PDF电子书下载

绪论 1

第1章　自动控制的一般概念 6

1.1 自动控制与自动控制原理 6

1.2 自动控制系统的基本结构 10

1.2.1　开环控制系统（前馈控制系统） 10

1.2.2　闭环控制系统（反馈控制系统） 12

1.2.3　闭环控制系统和开环控制系统的比较 14

1.3 自动控制系统的类型 15

1.4　对控制系统的性能要求 16

本章小结 16

习题1 17

第2章　控制系统的数学模型 18

2.1　数学模型的定义与建立方法 18

2.2　简单系统的微分方程 18

2.2.1　比例环节 19

2.2.2　一阶惯性环节（一阶滞后环节） 19

2.2.3　微分环节 21

2.2.4　积分环节 23

2.2.5　振荡环节（二阶滞后环节） 23

2.2.6　纯滞后环节（纯延迟环节） 25

2.2.7　线性定常微分方程的求解 25

2.3　传递函数 26

2.3.1　传递函数的概念及定义 27

2.3.2　典型环节的传递函数 28

2.3.3　利用复阻抗概念求电气环节的传递函数 30

2.4　结构图 31

2.4.1　结构图的概念 31

2.4.2　结构图的组成 31

2.4.3　系统结构图的绘制方法 32

2.4.4　结构图连接的基本形式 34

2.4.5　结构图的等效变换和简化 35

2.4.6　结构图等效变换举例 37

2.4.7　用梅逊公式求传递函数 41

2.5　发电机励磁控制系统 42

2.5.1　励磁控制系统的构成及工作原理 42

2.5.2　发电机的传递函数 42

2.5.3　功率励磁装置的传递函数 44

2.5.4　励磁控制系统的传递函数方框图 44

2.6　利用MATLAB应用程序处理系统数学模型 45

2.6.1　模型建立 45

2.6.2　模型简化 47

本章小结 47

习题2 47

第3章　时域分析法 52

3.1　典型控制过程及时域性能指标 52

3.1.1　典型的初始状态 53

3.1.2　典型外作用 53

3.1.3　典型时间响应 55

3.1.4　单位阶跃响应的性能指标 57

3.2　一阶系统分析 58

3.2.1　一阶系统的数学模型 58

3.2.2　一阶系统的单位阶跃响应 59

3.2.3　一阶系统的单位斜坡响应 61

3.2.4　一阶系统的单位脉冲响应 62

3.2.5　三种响应之间的关系 63

3.3　二阶系统分析 64

3.3.1　二阶系统的数学模型 65

3.3.2　二阶系统的单位阶跃响应 66

3.4　高阶系统分析 73

3.5　稳定性与劳斯稳定判据 75

3.5.1　稳定性的基本概念 75

3.5.2　系统稳定的充要条件 75

3.5.3　判定系统稳定性的基本方法 76

3.5.4　劳斯判据 76

3.6　稳态误差分析及误差系数 82

3.6.1　稳态误差的计算 82

3.6.2　参考输入信号r（t）作用下的稳态误差与系统结构的关系 86

3.6.3　系统的型别和静态误差系数 87

3.6.4　改善系统稳态精度的方法 91

3.7　利用MATLAB应用程序分析系统动态性能 92

本章小结 96

习题3 97

第4章　根轨迹法 100

4.1　根轨迹的概念与根轨迹方程 100

4.1.1　根轨迹的概念 100

4.1.2　根轨迹方程 102

4.2　绘制根轨迹的基本规则及步骤 103

4.2.1　绘制根轨迹的基本规则 103

4.2.2　绘制根轨迹的步骤 109

4.3　广义根轨迹 112

4.3.1　参数根轨迹 112

4.3.2　多回路的根轨迹 113

4.3.3　正反馈回路的根轨迹 114

4.3.4　迟后系统的根轨迹 116

4.4　根轨迹法的应用（分析系统的性能） 118

4.4.1　主导极点的概念 118

4.4.2　增加开环零点对根轨迹的影响 118

4.4.3　根轨迹增益的确定及系统性能的分析 119

4.5　应用MATLAB绘制系统的根轨迹 121

本章小结 122

习题4 123

第5章　频率分析法 126

5.1　频率特性 126

5.1.1　频率特性的概念 126

5.1.2　频域性能指标 128

5.1.3　频率法的特点 128

5.2　典型环节的频率特性 129

5.2.1　频率特性的工程表示方法 129

5.2.2　典型环节的频率特性曲线 132

5.3　系统开环对数频率特性曲线 143

5.3.1　绘制系统开环对数频率特性曲线的步骤 144

5.3.2　由系统开环传递函数直接绘制系统的对数幅频特性曲线 145

5.4　频域稳定判据与稳定性分析 147

5.4.1　系统开环频率特性与闭环特征多项式之间的关系 148

5.4.2　奈奎斯特判据 149

5.4.3　虚轴上有开环极点时奈氏判据的应用 151

5.4.4　对数频率稳定判据 152

5.4.5　稳定裕度 154

5.5　频率分析法的应用 158

5.5.1　用对数频率特性曲线分析系统稳态性能 158

5.5.2　用对数频率特性曲线分析系统的动态性能 162

5.6　MATLAB在频率分析法中的应用 169

本章小结 171

习题5 172

第6章　控制系统的综合校正 175

6.1　控制系统校正的基础知识 175

6.1.1　校正问题的提出 175

6.1.2　控制系统的性能指标 176

6.1.3　校正的方式 176

6.1.4　校正的本质 177

6.1.5　校正装置的设计方法 178

6.2　串联校正的基本控制规律 178

6.2.1 比例（P）控制的作用 179

6.2.2　比例-微分（PD）控制的作用 179

6.2.3　积分（I）控制的作用 182

6.2.4　比例-积分（PI）控制的作用 183

6.2.5　比例-积分-微分控制的作用 184

6.3　串联校正装置及其特性 185

6.3.1　超前校正 185

6.3.2　滞后校正 189

6.3.3　滞后超前校正 191

6.4　串联校正的设计应用 192

6.4.1　系统参考模型的选择 193

6.4.2　希望的对数幅频特性曲线的绘制方法 197

6.4.3　二阶最佳模型在设计校正装置中的应用 199

6.4.4　应用对数幅频特性设计校正装置的说明 200

6.5　反馈校正 201

6.5.1　反馈校正的基本控制功能 202

6.5.2　负反馈校正对不利因素的抑制及取代作用 204

6.6　复合校正 207

6.6.1 反馈控制与前置校正的复合控制 207

6.6.2　反馈控制与干扰补偿校正的复合控制 211

6.7　控制系统中的非线性效应 212

6.7.1　控制系统中的非线性现象 213

6.7.2　非线性系统运动过程的特点 213

6.7.3　典型非线性特性及其对系统性能的影响 214

6.8　控制系统设计举例——单回路直流调速系统的设计 219

6.8.1　控制系统的设计步骤 219

6.8.2　单回路直流调速系统的组成及工作原理 219

6.8.3　调速系统的性能指标要求 222

6.8.4　系统数学模型的建立 223

6.8.5　系统静态参数的确定 226

6.8.6　系统校正网络参数的确定 228

6.8.7　系统校正网络的工程实现 233

6.9　MATLAB在控制系统校正中的应用 234

本章小结 237

习题6 237

第7章　采样控制系统 240

7.1　采样控制系统的基本概念 240

7.1.1　采样脉冲控制系统 240

7.1.2　采样数字控制系统 242

7.1.3　采样过程与采样定理 242

7.1.4　采样信号的复现 244

7.2　采样控制系统的数学基础 246

7.2.1　z变换 246

7.2.2　差分方程 253

7.2.3　脉冲传递函数 257

7.3　采样控制系统的时域分析 261

7.3.1　采样控制系统的稳定性分析 261

7.3.2　采样控制系统的动态性能分析 263

7.3.3　采样控制系统的稳态误差 267

本章小结 269

习题7 269

附录A　MATLAB应用程序简介 273

附录B　常用函数的拉氏变换表 286

附录C　时间函数的拉氏变换和z变换表 288

参考文献 291