自动控制原理与设计 第5版PDF电子书下载

第1章 反馈控制纵览及简单历史回顾 1

1.1 简单的反馈系统 2

1.2 反馈的分析 5

1.3 历史简介 8

1.4 全书概述 13

小结 14

复习题 14

习题 15

第2章 动态模型 17

2.1 机械系统动力学 18

2.2 电路模型 27

2.3 电机系统模型 30

2.4 热和流体流动模型 34

2.4.1 热流 34

2.4.2 不可压缩流体的流动 37

2.5 复杂机械系统 42

2.5.1 平移和旋转系统 42

2.5.2 分布参数系统 45

小结 46

复习题 47

习题 47

第3章 动态响应 56

3.1 拉普拉斯变换回顾 57

3.1.1 卷积响应 57

3.1.2 传递函数与频率响应 59

3.1.3 拉普拉斯变换 63

3.1.4 拉普拉斯变换的性质 65

3.1.5 部分分式求拉普拉斯反变换 67

3.1.6 终值定理 68

3.1.7 应用拉普拉斯变换解决问题 70

3.1.8 极点和零点 71

3.1.9 用MATLAB分析线性系统 72

3.2 系统模型图 76

3.2.1 框图 76

3.2.2 利用MATLAB进行框图化简 79

3.3 极点配置的影响 80

3.4 时域特性 86

3.4.1 上升时间 87

3.4.2 超调量和峰值时间 87

3.4.3 调节时间 88

3.5 零点和附加极点的影响 90

3.6 幅值变换与时间变换 95

3.6.1 幅值变换 95

3.6.2 时间变换 96

3.7 稳定性 97

3.7.1 线性时不变系统的稳定性 97

3.7.2 劳斯稳定判据 98

3.8 由实验数据建立模型 104

3.9 梅森公式与信号流图 105

小结 109

复习题 110

习题 111

第4章 反馈的基本特点 125

4.1 控制的基本方程 126

4.1.1 瓦特问题：干扰抑制 128

4.1.2 布莱克问题：系统增益对参数变化的灵敏度 130

4.1.3 传感器的噪声引起的矛盾 131

4.1.4 雷达问题：跟随一个变化的参考信号 132

4.2 稳态误差的控制：系统类型 133

4.2.1 参考输入作用下的系统类型：单位反馈的情形 133

4.2.2 参考输入作用下的系统类型：一般情形 136

4.2.3 干扰输入作用下的系统类型 138

4.3 动态误差的控制：PID控制 141

4.3.1 比例控制（P） 141

4.3.2 比例加积分控制（PI） 141

4.3.3 比例积分微分控制（PID） 142

4.4 基本反馈概念的扩展 144

4.4.1 控制器的数字实现 144

4.4.2 PID控制器参数的Z-N整定法 150

4.4.3 误差常数的Truxal公式 154

4.4.4 时间响应对参数变化的灵敏度 155

小结 159

复习题 160

习题 160

第5章 根轨迹法 175

5.1 基本反馈系统的根轨迹 176

5.2 绘制根轨迹的指导原则 180

5.2.1 绘制正（180°）根轨迹规则 182

5.2.2 绘制根轨迹规则总结 189

5.3 根轨迹应用举例 190

5.4 选取参数值 201

5.5 运用动态补偿进行设计 203

5.5.1 超前补偿 204

5.5.2 滞后补偿 209

5.5.3 超前滞后补偿 210

5.5.4 模拟和数字补偿的实现 211

5.6 根轨迹法设计实例 213

5.7 扩展根轨迹法 218

5.7.1 绘制负（0°）根轨迹规则 219

5.7.2 考虑两个参数的情况 221

5.7.3 时间延迟 223

小结 225

复习题 227

习题 227

第6章 频率响应设计法 242

6.1 频率响应 243

6.1.1 伯德图法 248

6.1.2 稳态误差 258

6.2 临界稳定 259

6.3 奈奎斯特稳定性判据 261

6.3.1 幅角原理 261

6.3.2 在控制设计中的应用 262

6.4 稳定裕度 270

6.5 伯德增益—相位关系 276

6.6 闭环频率响应 280

6.7 补偿环节 281

6.7.1 PD补偿 282

6.7.2 超前补偿 282

6.7.3 PI补偿 291

6.7.4 滞后补偿 292

6.7.5 PID补偿 296

6.7.6 设计的考虑因素 299

6.8 频率特性的其他图示方法 301

6.8.1 尼科尔斯图 301

6.8.2 逆奈奎斯特图 304

6.9 根据灵敏度函数定义的性能指标 305

6.10 时滞环节 312

小结 314

复习题 316

习题 316

第7章 状态空间设计 335

7.1 状态空间设计法的优点 336

7.2 状态空间中的系统描述 337

7.3 框图和状态空间 342

7.4 状态方程的分析 345

7.4.1 框图与标准型 345

7.4.2 从状态方程求解动态响应 355

7.5 全状态反馈的控制规律设计 360

7.5.1 寻找控制规律 361

7.5.2 引入全状态反馈的参考输入 368

7.6 优良设计的极点位置的选择 371

7.6.1 主导二阶极点 372

7.6.2 对称根轨迹法（SRL） 373

7.6.3 几种方法的评论 380

7.7 估计器设计 380

7.7.1 全阶估计器 381

7.7.2 降阶估计器 386

7.7.3 估计器极点的选择 388

7.8 补偿器设计：结合控制规律和估计器 391

7.9 对含估计器的系统引入参考输入 401

7.9.1 引入参考输入的一般结构 403

7.9.2 选择增益 410

7.10 积分控制和鲁棒跟踪 411

7.10.1 积分控制 411

7.10.2 鲁棒跟踪控制：误差空间法 414

7.10.3 扩展估计器 421

7.11 回路传递恢复（LTR） 424

7.12 有理传递函数的直接设计 428

7.13 含纯滞后时间的系统设计 431

小结 435

复习题 436

习题 438

第8章 数字控制 455

8.1 数字化 456

8.2 离散系统的动态分析 458

8.2.1 z变换 458

8.2.2 z逆变换 459

8.2.3 s与z的关系 461

8.2.4 终值定理 462

8.3 仿真设计 464

8.3.1 零极点匹配法 467

8.3.2 修正的零极点匹配法 469

8.3.3 几种数字逼近法的比较 470

8.3.4 仿真设计法的应用范围 471

8.4 硬件特征 471

8.4.1 模数（A/D）转换器 472

8.4.2 数模（D/A）转换器 472

8.4.3 抗混叠预滤器 472

8.4.4 计算机 473

8.5 采样速率的选择 474

8.5.1 跟踪效率 475

8.5.2 抑制扰动 475

8.5.3 抗混叠预滤器的影响 476

8.5.4 异步采样 477

8.6 离散设计 477

8.6.1 分析工具 477

8.6.2 反馈特性 479

8.6.3 离散设计举例 479

8.6.4 设计的离散分析 481

8.7 状态空间设计方法 483

小结 488

复习题 490

习题 490

第9章 非线性系统 499

9.1 引言和动机：为什么学习非线性系统 500

9.2 线性化分析 501

9.2.1 小信号分析的线性化 502

9.2.2 通过非线性反馈进行线性化 505

9.2.3 通过反向非线性进行线性化 506

9.3 用根轨迹法进行等效增益分析 507

9.4 用频率响应分析等效增益：描述函数 515

9.5 基于稳定性的分析和设计 524

9.5.1 相平面 524

9.5.2 李雅普诺夫稳定性分析 529

9.5.3 圆判据 535

小结 540

复习题 540

习题 541

第10章 控制系统设计：原理与实例研究 548

10.1 控制系统设计概述 548

10.2 卫星姿态控制设计 553

10.3 波音747飞机的侧面和纵向控制 565

10.3.1 偏移阻尼器 570

10.3.2 姿态保持自动导航仪 576

10.4 汽车引擎的油—气比控制 581

10.5 硬盘的读／写磁头组件控制 587

10.6 半导体晶片制造中的快速热处理器控制系统 593

小结 604

复习题 605

习题 606

附录A 拉普拉斯变换 615

附录B 复变量回顾 627

附录C 矩阵理论概述 635

附录D 能控性和能观性 643

附录E 极点配置的阿克曼公式 649

附录F MATLAB命令 652

附录G 章末复习题答案 654

参考文献 666