自动控制原理及应用PDF电子书下载

第1章 自动控制系统概述 1

1.1　控制理论的发展史 1

1.1.1　控制理论的起源 1

1.1.2　经典控制理论 1

1.1.3　现代控制理论 3

1.1.4　智能控制理论 4

1.2 自动控制和自动控制系统 4

1.2.1 自动控制的定义及系统组成 4

1.2.2　闭环控制系统的方框图 5

1.2.3　开环控制和补偿控制 6

1.3　控制系统的分类 7

1.4 对控制系统的基本要求 8

1.4.1　对闭环自动控制系统的稳定性要求 8

1.4.2　对闭环自动控制系统的静特性要求 8

1.4.3　对闭环自动控制系统的动特性要求 9

1.5 自动控制系统的分析与设计 9

1.5.1　控制系统的分析 9

1.5.2　控制系统的设计 10

1.6 自动控制系统实例 10

本章小结 12

习题 12

第2章 自动控制系统的数学模型 15

2.1　控制系统的微分方程 15

2.1.1　建立微分方程式的一般步骤 15

2.1.2　建立控制系统微分方程举例 15

2.2　控制系统的传递函数 18

2.2.1　传递函数的定义 18

2.2.2　典型环节及其传递函数 19

2.3　控制系统的结构图 21

2.3.1　结构图的定义及基本组成 21

2.3.2　结构图的绘制步骤 21

2.3.3　结构图的基本连接方式 23

2.3.4　结构图的等效变换及简化 23

2.4 信号流图及梅逊增益公式 30

2.4.1　信号流图的定义及绘制方法 30

2.4.2　梅逊增益公式及其应用 31

本章小结 34

习题 34

第3章　时域分析法 37

3.1　控制系统时间响应性能指标 37

3.1.1　典型输入信号 37

3.1.2　控制系统的时域性能指标 40

3.2　一阶系统的时域分析 41

3.2.1　一阶系统的数学模型 41

3.2.2　一阶系统的单位脉冲响应 41

3.2.3　一阶系统的单位阶跃响应 41

3.2.4　一阶系统的单位速度响应 42

3.2.5　线性定常系统时间响应的性质 42

3.3　二阶系统的时域分析 43

3.3.1　二阶系统的数学模型 43

3.3.2　二阶系统的单位阶跃响应 44

3.3.3　欠阻尼二阶系统的动态性能指标计算 48

3.3.4　二阶系统性能的改善 52

3.4　高阶系统的时域分析 54

3.5　稳定性分析 55

3.5.1　稳定的概念 55

3.5.2　稳定的充分必要条件 56

3.5.3　劳斯稳定判据 58

3.6　误差分析和计算 63

3.6.1　稳态误差的基本概念 63

3.6.2　稳态误差的计算 64

3.6.3　给定作用下的稳态误差 65

3.6.4　扰动引起的稳态误差和系统总误差 70

3.7　应用MATLAB进行时域分析 71

本章小结 75

习题 75

第4章　频域分析法 78

4.1　频率特性 78

4.1.1　频率特性的基本概念 78

4.1.2　频率特性与传递函数的关系 79

4.1.3　频率特性的数学式表示方式 79

4.1.4　频率特性的图形表示方式 80

4.2　典型环节的频率特性 82

4.3　控制系统的开环频率特性 88

4.3.1　开环极坐标图 88

4.3.2　开环波特图 91

4.3.3　最小相位系统与非最小相位系统 93

4.4　奈奎斯特稳定判据 94

4.4.1　基本内容 94

4.4.2　极坐标图下的应用 98

4.4.3　波特图下的应用 99

4.5　稳定裕量与控制系统的相对稳定性 102

4.5.1　相位稳定裕量 103

4.5.2　幅值稳定裕量 103

4.5.3　相对稳定性分析 103

4.6　闭环频率特性 104

4.7　控制系统的频率特性分析 107

4.7.1　用开环频率特性分析系统的性能 107

4.7.2　用闭环频率特性分析系统的性能 108

4.7.3　开环频域指标与闭环频域指标的关系 108

4.8　应用MATLAB进行频域分析 108

本章小结 113

习题 114

第5章 自动控制系统的校正 117

5.1　校正及校正装置简介 117

5.1.1　校正的基本概念及校正方法的分类 117

5.1.2　校正装置简介 118

5.2　串联校正 118

5.2.1　串联超前校正 118

5.2.2　串联滞后校正 123

5.2.3　串联滞后—超前校正 126

5.3　反馈校正 130

5.3.1　反馈校正的原理 130

5.3.2　反馈校正方法的应用 130

5.4　复合校正 133

5.4.1　按扰动顺馈补偿的复合校正 133

5.4.2　按输入顺馈补偿的复合校正 134

本章小结 135

习题 135

第6章 自动控制系统的工程设计实例 139

6.1　工程设计方法 139

6.1.1　系统固有频率特性的确定 139

6.1.2　系统预期频率特性的确定 141

6.1.3　校正装置的设计 144

6.2　转速、电流双闭环直流调速系统 147

6.2.1　系统的组成 147

6.2.2　系统的静态分析 148

6.2.3　系统的动态分析 150

6.3　工程设计举例 153

6.4　系统分析与调试 157

6.4.1 自动控制系统的分析步骤 157

6.4.2　自动控制系统的调试方法 159

6.4.3　自动控制系统的维护使用 160

本章小结 161

习题 162

附录A　自动控制的数学基础 164

附录B　自动控制的物理基础 178

附录C 自动控制的软件基础 191

参考文献 212