自动控制原理教程PDF电子书下载

1.1自动控制理论及应用 1

1.2自动控制理论的基本内容 1

第1章 绪论 1

1.3自动控制系统的分类 2

1.3.1按信号传递路径分类 2

1.3.2按控制作用的特点分类 3

1.3.3控制系统的其他类型 4

1.4自动控制系统的基本组成 4

1.5自动控制系统的基本要求 5

小结 6

习题1 6

2.1.1拉氏变换的定义式 9

2.1.2常用函数的拉氏变换 9

第2章 拉普拉斯变换及其应用 9

2.1拉普拉斯变换的概念 9

2.2拉普拉斯变换的运算定理 10

2.2.1线性性质 10

2.2.2微分性质 11

2.2.3积分性质 11

2.2.4位移性质 11

2.2.5延迟性质 12

2.2.6相似性质 12

2.2.7初值定理 12

2.3拉普拉斯反变换 13

2.3.1 F（s）的所有极点都是不相等的实数 13

2.2.8终值定理 13

2.3.2 F（s）的极点包含有共轭复数 14

2.3.3 F（s）的极点包含有相等的实数 15

2.4拉普拉斯变换应用实例 15

2.4.1用拉氏变换法求解微分方程 16

2.4.2用拉氏变换法求解电路 17

小结 18

习题2 18

第3章 控制系统的数学模型 20

3.1系统的微分方程 20

3.1.1列写系统微分方程的步骤 20

3.1.2实例 20

3.2.1传递函数的定义和求法 22

3.2传递函数 22

3.2.2典型环节的传递函数 23

3.3控制系统的动态结构图 25

3.3.1结构图的组成 25

3.3.2几个基本概念及术语 25

3.3.3结构图的绘制 27

3.3.4结构图的化简 28

3.4信号流图 32

3.4.1信号流图的组成要素及术语 32

3.4.2信号流图的代数运算 32

3.4.3信号流图的绘制 34

3.4.4信号流图梅逊公式 35

3.5系统数学模型在MATLAB中的表示 36

3.5.1传递函数模型 36

3.5.2零极点增益（ZPK）模型 37

3.5.3系统数学模型之间的转换 38

3.5.4系统的连接 39

小结 41

习题3 42

第4章 控制系统的时域分析 44

4.1稳定性和代数稳定判据 44

4.1.1稳定性的概念 44

4.1.2线性系统稳定的充要条件 44

4.1.3劳斯判据 45

4.1.4控制系统的相对稳定性 49

4.2控制系统的典型输入信号和时域性能指标 50

4.2.1典型输入信号 50

4.2.2时域性能指标 52

4.3一阶系统的时域分析 53

4.3.1一阶系统的数学模型和结构图 53

4.3.2一阶系统的单位阶跃响应 53

4.3.3一阶系统的单位斜坡响应 54

4.3.4一阶系统的单位脉冲响应 54

4.4二阶系统的时域分析 55

4.4.1二阶系统的数学模型和结构图 55

4.4.2二阶系统的单位阶跃响应 55

4.4.3二阶系统的动态性能指标 59

4.5高阶系统分析 62

4.5.1高阶系统的瞬态响应 62

4.6.1稳态误差定义 64

4.6控制系统稳态误差分析 64

4.5.2闭环主导极点 64

4.6.2控制系统的类型 65

4.6.3给定稳态误差的计算 65

4.6.4扰动稳态误差的计算 68

4.7基本控制规律的分析 70

4.7.1比例（P）控制 70

4.7.2积分（I）控制 70

4.7.3比例加积分（PI）控制 71

4.7.4比例加微分（PD）控制 72

4.7.5比例加积分加微分（PID）控制 73

4.8用MATLAB进行系统时域分析 74

4.8.1应用MATLAB分析系统的稳定性 74

4.8.2应用MATLAB进行部分分式展开 75

4.8.3应用MATLAB分析系统的动态特性 76

4.8.4应用MATLAB获得响应曲线和性能指标 82

小结 84

习题4 84

第5章 控制系统的根轨迹法 88

5.1根轨迹的基本概念 88

5.1.1根轨迹图 88

5.1.2幅值条件和相位条件 89

5.2绘制根轨迹的基本法则 90

5.3控制系统性能的根轨迹法分析 100

5.3.1确定闭环系统的极点 100

5.3.2系统闭环零、极点位置与系统瞬态响应的关系 102

5.3.3增加开环零点、开环极点对根轨迹的影响 103

5.4.1广义根轨迹 104

5.4广义根轨迹及其他多种根轨迹 104

5.4.2多回路系统的根轨迹绘制 105

5.4.3正反馈回路的根轨迹 106

5.5用MATLAB进行根轨迹分析 109

5.5.1绘制零极点图 109

5.5.2绘制基本根轨迹图 109

5.5.3确定阻尼比ζ轨迹、无阻尼自然振荡频率ωn轨迹和根轨迹上 113

任意点的开环根轨迹增益 113

小结 115

习题5 116

6.1频率特性的基本概念 119

6.1.1频率特性的定义 119

第6章 控制系统的频率特性法 119

6.1.2频率特性的性质 121

6.1.3频率特性的表示方法 121

6.2极坐标图 123

6.2.1典型环节频率特性的极坐标图 123

6.2.2系统开环极坐标图的绘制 126

6.2.3极坐标图的一般绘制规则 129

6.3对数频率特性图 131

6.3.1典型环节的对数频率特性图 131

6.3.2开环对数频率特性图的绘制 137

6.3.3最小相位系统 138

6.4奈奎斯特（Nyquist）稳定判据 140

6.4.1开环与闭环系统的零、极点间的关系 140

6.4.2幅角定理 140

6.4.3奈奎斯特稳定判据 141

6.4.4奈奎斯特稳定判据在伯德图上的应用 146

6.5控制系统的相对稳定性 147

6.6开环频率特性与系统性能指标的关系 150

6.6.1闭环频率特性及其性能指标 150

6.6.2控制系统频域指标与时域指标的关系 151

6.6.3开环对数幅频特性与系统动态性能的关系 153

6.7用MATLAB进行频域分析 155

小结 163

习题6 163

第7章 控制系统的校正方法 167

7.1系统校正的基本概念 167

7.1.1性能指标 167

7.1.3校正方式 168

7.1.2校正装置的设计方法 168

7.2串联校正 169

7.2.1超前校正 169

7.2.2滞后校正 173

7.2.3滞后－超前校正 177

7.2.4超前校正、滞后校正和滞后－超前校正的比较 181

7.3串联校正的期望对数频率特性设计法 181

7.4串联工程设计法 185

7.5反馈校正 187

7.6用MATLAB进行系统的校正与设计 191

小结 195

习题7 196

8.1.1典型非线性环节 199

8.1非线性控制系统的基本概念和特点 199

第8章 非线性控制系统分析 199

8.1.2非线性系统的特点 201

8.1.3非线性系统的研究方法 202

8.2描述函数法 202

8.2.1描述函数的基本思想与应用前提 202

8.2.2描述函数的定义 203

8.2.3典型非线性特性的描述函数 204

8.2.4组合非线性环节的描述函数 205

8.2.5基于描述函数的非线性系统稳定性分析 207

8.2.6非线性系统存在周期运动时的稳定性分析 208

8.3相平面法 209

8.3.1基本概念 209

8.3.2相平面图绘制方法 210

8.3.4奇点和奇线 212

8.3.3相平面、相轨迹的特点 212

8.3.5非线性系统的相平面分析 214

8.3.6非线性系统相平面分区线性化方法 215

8.4用MATLAB进行非线性控制系统分析 217

8.4.1非线性系统的线性化 217

8.4.2直接求解非线性微分方程 217

8.4.3运用Simulink分析非线性系统时域响应 217

小结 220

习题8 220

第9章 采样控制系统分析 224

9.1采样控制系统的基本概念 224

9.1.1采样系统常用术语 224

9.2.2信号采样及其数学描述 225

9.2.1采样系统时间信号 225

9.1.2采样系统的研究方法 225

9.2采样过程和采样定理 225

9.2.3采样定理 226

9.3信号的复现 228

9.3.1信号保持器 228

9.3.2零阶保持器 229

9.3.3零阶保持器的实现 229

9.4 Z变换和脉冲传递函数 230

9.4.1 Z变换的定义 230

9.4.2常用的Z变换方法 231

9.4.3 Z变换基本定理 232

9.4.4 Z反变换 234

9.4.5脉冲传递函数 236

9.5.1采样控制系统的稳定性分析 242

9.5采样控制系统的性能分析 242

9.5.2采样系统的动态性能分析 246

9.5.3采样控制系统的稳态误差 249

9.6用MATLAB进行采样控制系统分析 252

9.6.1应用MATLAB函数对采样系统进行分析 252

9.6.2用SIMULINK模块对采样系统进行建模分析 254

9.6.3采样控制系统稳定性分析 254

小结 255

习题9 255

附录A MATLAB简介 258

附录B 常用函数的拉氏变换与Z变换对照表 265

参考文献 266