自动控制原理与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 自动控制理论概述 1

1.2 自动控制系统的基本概念 2

1.2.1 自动控制系统的基本原理 2

1.2.2 自动控制系统的控制方式 3

1.2.3 自动控制系统的组成 4

1.2.4 自动控制系统 5

1.3 自动控制系统的分类 7

1.3.1 按输入信号变化的规律分类 8

1.3.2 按系统传输信号对时间的关系分类 8

1.3.3 按系统的输出量和输入量间的关系分类 9

1.3.4 按系统中的参数对时间的变化情况分类 9

1.4 对自动控制系统的基本要求 9

1.4.1 系统的稳定性 9

1.4.2 系统的稳态性能指标 10

1.4.3 系统的动态性能指标 10

1.5 自动控制系统实例分析 12

1.6 本章小结 15

1.7 思考题与习题 15

第2章 自动控制系统的数学模型 17

2.1 控制系统的微分方程 17

2.1.1 机械系统 18

2.1.2 电路系统 18

2.1.3 机电系统 19

2.1.4 线性定常微分方程的求解 21

2.2 传递函数 21

2.2.1 传递函数的基本概念 22

2.2.2 传递函数的定义 23

2.2.3 传递函数的性质 23

2.2.4 传递函数的求法 25

2.3 典型环节的数学模型及其阶跃响应 26

2.3.1 比例环节 26

2.3.2 惯性环节 27

2.3.3 积分环节 28

2.3.4 微分环节 29

2.3.5 振荡环节 30

2.3.6 延迟环节 31

2.4 控制系统的动态结构图 32

2.4.1 动态结构图 32

2.4.2 动态结构图的绘制 33

2.4.3 动态结构图的等效变换和化简 34

2.4.4 信号流图与梅逊公式 40

2.5 自动控制系统的传递函数 43

2.5.1 闭环控制系统的开环传递函数 43

2.5.2 给定输入信号R（s）作用下的闭环传递函数 44

2.5.3 扰动信号N（s）作用下的闭环传递函数 44

2.5.4 闭环系统的误差传递函数 44

2.6 本章小结 45

2.7 思考题与习题 46

第3章 时域分析法 49

3.1 典型输入信号及性能指标 49

3.1.1 典型输入信号 49

3.1.2 典型初状态 50

3.1.3 典型时间响应 51

3.2 一阶系统分析 51

3.2.1 一阶系统的数学模型 52

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 52

3.2.3 一阶系统的单位阶跃响应的性能指标 52

3.3 二阶系统分析 53

3.3.1 二阶系统的数学模型 53

3.3.2 二阶系统的特征根及性质 54

3.3.3 二阶系统的单位阶跃响应 55

3.4 系统稳定性分析 59

3.4.1 稳定的基本概念 59

3.4.2 稳定的数学条件 59

3.4.3 代数稳定判据 60

3.5 系统稳态误差分析 62

3.5.1 误差与稳态误差 62

3.5.2 稳态误差计算 62

3.5.3 系统型别 64

3.5.4 r（t）作用下的稳态误差与静态误差系数 64

3.5.5 干扰n（t）作用下的稳态误差 67

3.6 本章小结 68

3.7 思考题与习题 68

第4章 根轨迹法 71

4.1 根轨迹与根轨迹方程 71

4.1.1 根轨迹 71

4.1.2 根轨迹方程 72

4.2 绘制根轨迹的基本法则 73

4.2.1 根轨迹的个数 73

4.2.2 根轨迹的对称性 73

4.2.3 根轨迹的起点和终点 74

4.2.4 实轴上的根轨迹 74

4.2.5 根轨迹的渐近线 74

4.2.6 起始角与终止角 75

4.2.7 分离点d 76

4.2.8 分离角与会合角 77

4.2.9 虚轴交点ω 77

4.2.10 根之和 78

4.3 控制系统的根轨迹分析法 79

4.3.1 闭环零、极点与阶跃响应的定性关系 79

4.3.2 利用主导极点估算系统性能指标 80

4.3.3 根轨迹的改造对系统的影响 81

4.3.4 根轨迹法系统动态特性中的应用 82

4.4 本章小结 87

4.5 思考题与习题 87

第5章 自控系统的频域分析法 89

5.1 系统频率特性的基本概念 89

5.1.1 基本概念 89

5.1.2 频率特性的性质 92

5.1.3 频率特性的图形表示方法 93

5.2 典型环节的频率特性 95

5.3 系统开环对数频率特性曲线的绘制 105

5.3.1 系统开环对数频率特性及绘制步骤 105

5.3.2 系统开环对数频率特性绘制举例 106

5.4 系统稳定性的频域分析 110

5.4.1 奈奎斯特稳定判据 111

5.4.2 对数频率稳定判据 112

5.4.3 稳定裕度 114

5.4.4 动态性能的频域分析 116

5.4.5 典型系统频域分析 123

5.5 本章小结 128

5.6 思考题与习题 129

第6章 MATLAB软件在自动控制系统性能分析中的应用 133

6.1 MATLAB的主要功能 133

6.2 MATLAB的安装与启动 134

6.2.1 MATLAB的安装 134

6.2.2 MATLAB的启动 134

6.2.3 MATLAB的退出 134

6.3 MATLAB的命令窗口 134

6.3.1 MATLAB菜单栏 134

6.3.2 MATLAB的命令窗口 135

6.4 MATLAB中的命令函数和M文件 136

6.4.1 M文件概述 136

6.4.2 M文件的建立与打开 139

6.5 MATLAB中的数值表示、变量命名、运算符号和表达式 140

6.5.1 数值的表示 140

6.5.2 变量命名规定 140

6.5.3 基本运算符 140

6.5.4 表达式 140

6.5.5 应用MATLAB进行数值运算 141

6.5.6 应用MATLAB绘制二维图线 141

6.6 MATLAB在自动控制系统性能分析中的应用 143

6.6.1 MATLAB在传递函数的变换中的应用 143

6.6.2 MATLAB在时域分析中的应用 145

6.6.3 MATLAB在频域分析中的应用 147

6.7 SIMULINK仿真软件及其应用 151

6.8 本章小结 157

6.9 思考题与习题 157

第7章 自动控制系统的校正 158

7.1 系统校正概述 158

7.1.1 系统校正的基本概念 158

7.1.2 系统校正的方式 158

7.1.3 常用校正装置 159

7.1.4 系统指标的确定 161

7.2 串联校正 161

7.2.1 比例（P）校正 161

7.2.2 比例-微分（PD）校正 163

7.2.3 比例-积分（PI）校正 165

7.2.4 比例-积分-微分（PID）校正 167

7.3 反馈校正 169

7.3.1 反馈校正的原理 169

7.3.2 反馈校正的分类与应用 169

7.4 复合校正 172

7.4.1 按输入补偿的复合校正 172

7.4.2 按扰动补偿的复合校正 173

7.5 自动控制系统的一般设计方法 173

7.5.1 自动控制系统设计的基本步骤 173

7.5.2 系统固有部分开环频率特性的确定 174

7.5.3 系统预期开环对数频率特性的确定 176

7.5.4 系统校正举例 178

7.6 MATLAB在系统校正中的应用 179

7.7 本章小结 182

7.8 思考题与习题 182

第8章 自动控制原理的应用 184

8.1 直流调速系统 184

8.1.1 单闭环转速负反馈晶闸管直流调速系统 184

8.1.2 转速电流双闭环直流调速系统 191

8.1.3 双极晶体管脉宽调制控制的直流调速系统 201

8.1.4 晶闸管可逆直流调速系统 206

8.2 位置随动系统 216

8.2.1 位置随动系统的组成 216

8.2.2 位置随动系统各组成部件的工作原理 217

8.2.3 位置随动系统的控制特点与实例分析 224

8.3 交流调速系统 226

8.3.1 绝缘栅双极晶体管（IGBT）-正弦脉宽调制（SPWM）型交流变频电路 227

8.3.2 交流调速的基本方案与变压变频的基本控制方式 232

8.3.3 矢量控制的基本思路 235

8.4 通用变频器 236

8.4.1 通用变频器的功能 236

8.4.2 通用变频器的结构 236

8.4.3 通用变频器的使用 237

8.5 本章小结 239

8.6 思考题与习题 240

参考文献 241