面向21世纪高职高专电类系列规划教材 自动控制原理与系统PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　控制的意义 1

1.2 自动控制与自动控制系统 2

1.2.1 自动控制系统的基本原理和基本概念 2

1.2.2 自动控制的基本方式 4

1.2.3 闭环控制系统的基本组成 6

1.2.4 自动控制系统的基本类型 7

1.2.5　对控制系统的基本要求 8

1.3　计算机辅助工具MATLAB软件及其应用简介 9

1.3.1　MATLAB的命令窗口 10

1.3.2　MATLAB中的命令函数和M文件 10

1.3.3　MATLAB中的变量和语句 11

1.3.4　MATLAB中的运算符 11

1.3.5　用MATLAB绘制响应曲线 13

1.3.6　Simulink简介 15

本章小结 17

习题1 18

第2章　控制系统的数学模型 20

2.1　拉普拉斯变换及其应用 20

2.1.1　拉普拉斯交换的定义 20

2.1.2　拉氏变换的性质 21

2.1.3　用拉普拉斯变换分析R、L、C串联电路 23

2.1.4　拉氏反变换 24

2.2　系统的微分方程 24

2.2.1 电气系统 25

2.2.2　机械系统 26

2.3　传递函数 27

2.3.1　传递函数的定义 27

2.3.2　传递函数的性质 28

2.4　结构图及其等效变换 29

2.4.1 结构图的基本概念 29

2.4.2　结构图的连接方式 29

2.4.3　结构图的等效变换 33

2.5　信号流图及梅逊公式应用 35

2.5.1　信号流图 35

2.5.2　梅逊公式 37

2.6　控制系统的频率特性 40

2.6.1　基本概念 40

2.6.2　频率特性的图示方法 41

2.6.3　基本环节的频率特性 46

2.7　典型环节的数学模型和典型系统的传递函数 53

2.8　数学模型的MATLAB表示与变换 58

2.8.1　MATLAB的基本概念 58

2.8.2　数学模型的MATLAB表示与变换 59

本章小结 61

习题2 62

第3章　控制系统的性能分析 66

3.1　概述 66

3.1.1　一阶系统的动态性能分析 66

3.1.2　二阶系统的动态性能分析 67

3.2　稳定性能的分析 72

3.2.1　系统稳定的充分与必要条件 72

3.2.2　劳斯稳定判据 73

3.2.3　结构不稳定系统的改进措施 76

3.3　动态性能的分析 78

3.4　稳态误差的分析计算 80

3.4.1　给定信号作用下的稳态误差及误差系数 81

3.4.2　扰动信号作用下的稳态误差 84

3.4.3　改善系统稳态精度的方法 86

3.5　稳态性能的频域分析 87

3.5.1 开环频率特性和闭环特征式的关系 87

3.5.2　相角变化量和系统稳定性的关系 88

3.5.3　奈奎斯特稳定判据 90

3.5.4 G(s)H（s）中含有积分环节时的奈氏判据 91

3.5.5　对数频率稳定判据 93

3.5.6　系统的相对稳定性及稳定裕量 96

本章小结 99

习题3 99

第4章　控制系统的综合校正 104

4.1　系统校正概述 104

4.2　串联校正 105

4.2.1　超前校正装置 105

4.2.2　滞后校正 108

4.3　反馈校正 110

4.3.1 反馈校正系统的基本概念 110

4.3.2　反馈校正系统的功能 111

4.4　复合校正 113

4.4.1　按干扰补偿的顺馈控制 113

4.4.2　按输入补偿的顺馈控制 114

4.5　调节器 116

4.5.1　P（比例）调节器 116

4.5.2　PD（比例—微分）调节器 117

4.5.3　PI（比例—积分）调节器 117

4.5.4　PID（比例—积分—微分）调节器 120

4.6　控制系统的一般设计方法 121

4.6.1　线性化处理 121

4.6.2　大惯性环节的近似处理 122

4.6.3　小惯性环节的近似处理 122

4.6.4　小惯性群的近似处理 122

4.6.5　高阶系统的降阶处理 123

本章小结 123

习题4 124

第5章　线性离散系统的分析与综合 126

5.1　离散系统概述 126

5.2　采样与保持 128

5.2.1　采样器和采样函数 128

5.2.2　采样定理——采样频率的选择 129

5.2.3　采样信号的整量化 130

5.2.4　保持器——采样信号的复现 130

5.3　z变换 131

5.3.1 z变换的定义式 131

5.3.2 z变换的主要运算定理 134

5.3.3 z反变换 138

5.4　差分方程与脉冲传递函数 139

5.4.1　差分方程 139

5.4.2　脉冲传递函数 141

5.5　离散系统框图分析与闭环脉冲传递函数的求取 145

5.5.1 开环离散系统的脉冲传递函数 146

5.5.2　离散系统闭环脉冲传递函数 147

5.6　离散系统的性能分析 150

5.6.1　离散系统的稳定性分析 150

5.6.2　离散系统的稳态性能分析 153

5.6.3　离散系统的动态性能分析 155

本章小结 157

习题5 158

第6章　控制系统实例 159

6.1　关于模型化问题 159

6.1.1　模型的建立方法 160

6.1.2　表示电动机模型的方框图 160

6.1.3　可控硅整流器的模型化 161

6.2　电流控制的基本知识 162

6.2.1　绘制电流控制系统的伯德图 163

6.2.2　积分增益与电枢的拐点频率相等时的响应 164

6.2.3　积分增益与电枢的拐点频率相等时系统对干扰的响应 164

6.2.4　利用伯德图设计干扰响应的方法 165

6.2.5　改变积分增益时的响应 166

6.3　速度控制系统的设计 167

6.3.1　速度控制系统的构成 167

6.3.2　求电流控制系统闭环传递函数的方法 168

6.3.3　画速度控制系统伯德图的方法 168

6.3.4　控制增益与响应之间的关系 169

6.3.5　系统对干扰的响应 170

6.3.6　过调量的抑制方法 171

6.4　位置控制系统的设计方法 172

6.4.1　位置控制系统的构成 173

6.4.2　画位置控制系统增益曲线的方法 174

6.4.3　比例增益与响应之间的关系 174

6.4.3　轨迹控制中的跟踪性研究 175

6.4.5　在位置控制中限制目标值变化的方法 176

本章小结 177

习题6 177

第7章　过程控制系统 179

7.1　过程控制系统概述 179

7.1.1　过程控制的概念 179

7.1.2　过程控制系统的组成与分类 179

7.1.3　过程控制系统的特点 180

7.1.4　过程控制系统的性能指标 180

7.2　过程参数的检测与变送 181

7.2.1 测量误差 181

7.2.2　检测仪表的结构 182

7.2.3　温度检测与变送 182

7.2.4　其他参量的检测与变送 185

7.3　过程控制仪表 187

7.3.1　DDZ－Ⅲ型调节器 187

7.3.2　可编程调节器 188

7.3.3　执行器 190

7.4　单回路过程控制系统 192

7.4.1　单回路过程控制系统的原理结构 192

7.4.2　单回路过程控制系统的特性分析 193

7.4.3　单回路过程控制系统的选型分析 194

7.5　串级过程控制系统 195

7.5.1 串级控制系统的结构与模型 196

7.5.2　串级过程控制系统的特点与应用 197

7.5.3 串级过程控制系统的设计与调整 199

7.6　过程控制系统的其他形式 200

本章小结 204

习题7 205

第8章　计算机自动控制 206

8.1　数字控制的基本知识 206

8.1.1　模拟控制与数字控制 206

8.1.2　计算机的基本构成 207

8.1.3　数字控制中的信号 208

8.1.4　PID控制的操作量运算 209

8.1.5　采样周期的设定 212

8.2　用微型计算机实现的控制系统 213

8.2.1 电动机的微型计算机控制特征 213

8.2.2 由微型计算机构成的电动机控制系统 214

8.2.3 由微型计算机实现传递函数 215

8.2.4　利用定点运算的控制信号处理 216

8.3　计算机控制系统的构成 217

8.3.1　控制系统构成的机器特性 218

8.3.2　计算机控制系统的构成 219

8.4　计算机控制的实例 222

8.4.1　钢板厚度的控制 222

8.4.2　板厚控制系统和功能分配 223

本章小结 227

习题8 227

附录A　常用文字符号 228

附录B　拉扑拉斯变换的性质和拉扑拉斯变换表 236

附录C　MATLAB指令 238

参考文献 240