自动控制原理 上PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 自动控制 1

1.2反馈控制 2

1.3按扰动控制 6

1.4控制器的构成 7

1.5随动系统与恒值调节系统 9

1.6 自动控制理论的发展简史 10

1.7 自动控制学科在中国的发展历程 16

附录1 中国学者在自动控制理论方面的研究成果 18

第2章 控制系统的数学描述 42

2.1 引言 42

2.2运动对象的微分方程描述 43

2.2.1列写原始运动方程组 44

2.2.2非线性方程的线性化 48

2.2.3为复杂对象建立数学模型 49

2.2.4从原始方程组导出单变量微分方程 52

2.2.5离散时间运动方程 56

2.3微分方程的解的结构与运动的模态 57

2.4微分方程的解在初始时刻的跳变 61

2.5拉普拉斯变换 63

2.5.1拉普拉斯变换的定义 65

2.5.2拉普拉斯变换的基本性质 66

2.5.3用拉普拉斯变换解线性微分方程 71

2.6运动对象的状态空间描述 74

2.6.1状态变量、状态向量与状态空间 75

2.6.2状态方程与输出方程 77

2.6.3从原始方程组导出状态方程组 79

2.6.4状态向量的变换 90

2.7矩阵指数函数 92

2.7.1矩阵指数函数的定义与基本性质 92

2.7.2用矩阵指数函数解状态方程 96

2.8 状态转移矩阵 98

2.9运动对象的传递函数描述 101

2.9.1传递函数 101

2.9.2框图 104

2.9.3传递函数的极点与零点 107

2.9.4传递函数的解耦零点 109

2.9.5传递函数矩阵 113

2.9.6状态空间描述下的传递函数矩阵 115

2.10闭环系统的传递函数 117

2.10.1复杂框图的传递函数 117

2.10.2闭环系统的传递函数 120

2.11控制系统的基本单元 125

2.12信号流图 131

2.13控制系统的系统矩阵描述 133

2.13.1 广义状态方程与系统矩阵 134

2.13.2系统矩阵描述下的传递函数矩阵 141

2.14系统矩阵的严格系统等价变换 142

2.14.1严格系统等价变换 145

2.14.2传递函数矩阵的史密斯－麦克米伦标准形 148

2.14.3传递函数矩阵的极点和零点 153

2.15闭环系统的特征多项式 156

2.16小结 163

附录2.1从框图求传递函数的流程 164

附录2.2求多项式矩阵的史密斯标准形的例题 167

习题 170

第3章 线性控制系统的运动 182

3.1 引言 182

3.2稳定性问题 184

3.2.1运动的稳定性 184

3.2.2线性系统运动稳定性的充分必要条件 185

3.2.3稳定性的李雅普诺夫定义 188

3.2.4李雅普诺夫第一方法 190

3.3稳定性的代数判据 191

3.3.1 劳斯判据 191

3.3.2赫尔维茨判据 193

3.3.3谢绪恺－聂义勇判据 195

3.4参数对稳定性的影响 196

3.5参数的稳定区域 198

3.5.1单参数的稳定区域 198

3.5.2双参数的稳定区域 200

3.6 静态误差 201

3.6.1静态误差的定义 202

3.6.2静态误差系数 203

3.6.3静态误差的物理解释 206

3.6.4关于扰动的静态误差 207

3.7控制系统的动态性能 209

3.7.1 阶跃响应 210

3.7.2 冲激响应 212

3.8 1阶单输出系统的运动 213

3.9简单2阶单输出系统的运动 215

3.9.1简单2阶系统的阶跃响应 216

3.9.2简单2阶系统的动态性能指标 218

3.9.3简单2阶系统的冲激响应 221

3.9.4附有微分作用的2阶线性系统 221

3.10高阶单输出系统的运动 222

3.10.1高阶系统的2阶近似 223

3.10.2开环系统的小参数对闭环系统的影响 225

3.10.3参数摄动下系统的鲁棒性 227

3.11误差积分指标 229

3.12交连 232

3.13控制系统的校正 233

3.13.1 串联校正 234

3.13.2局部反馈校正 237

3.14小结 238

习题 238

第4章 线性控制系统的频率响应分析 243

4.1 引言 243

4.2傅里叶变换与非周期函数的频谱 245

4.2.1周期函数的傅里叶级数 245

4.2.2非周期函数的傅里叶变换 249

4.2.3傅里叶变换与拉普拉斯变换的关系 253

4.3频率特性函数 254

4.4频率特性图像 257

4.4.1幅相频率特性图 257

4.4.2对数频率特性图 259

4.4.3其他频率特性函数及图像 261

4.5基本单元的频率特性函数 262

4.6复杂频率特性图的绘制 273

4.7频率特性函数的几项重要性质 279

4.8奈奎斯特稳定判据 283

4.8.1幅角原理 283

4.8.2奈奎斯特稳定判据 285

4.8.3奈奎斯特稳定判据应用举例 289

4.8.4在逆幅相特性图上应用奈奎斯特稳定判据 301

4.9控制系统的稳定裕度 303

4.10多输入多输出控制系统的特征多项式稳定判据 307

4.11 多输入多输出控制系统的特征轨迹稳定判据 311

4.12.1对角优势矩阵 313

4.12对角优势多变量控制系统的稳定条件 313

4.12.2对角优势的函数矩阵 316

4.12.3对角优势系统的奈奎斯特稳定判据 318

4.13从开环频率特性直接研究闭环系统 323

4.13.1 从开环对数频率特性研究闭环系统的稳定性及静态特性 323

4.13.2 从开环对数频率特性研究闭环系统的动态性能 325

4.14闭环系统的频率特性图 337

4.14.1 闭环频率特性各频率段的主要特征 338

4.14.2绘制闭环系统频率特性图的列线图 340

4.15小结 344

附录4.1 1次和2次多项式因子折线对数幅频特性的修正曲线画法 344

附录4.4 1次和2次多项式因子的对数相频特性曲线画法 345

附录4.3振荡单元谐振点的对数角频率偏移量△μr与谐振峰值△Lr（=20lgMr） 345

附录4.2惰性单元折线对数幅频特性的修正量△L（△μ） 345

附录4.5惰性单元对数相频特性曲线的数据 346

附录4.6振荡单元对数相频特性曲线的数据 346

附录4.7 幅角原理的证明 347

习题 350

第5章 线性控制系统频率特性的校正与综合 358

5.1引言 358

5.2 串联校正的试探综合法 360

5.2.1超前校正的综合 360

5.2.2滞后校正的综合 363

5.2.3超前滞后校正的综合 366

5.2.4控制系统动态品质受到的约束 371

5.3 串联校正的预期频率特性综合法 372

5.4典型4阶开环传递函数的分频段综合 374

5.4.1高增益原则 374

5.4.2截止角频率 375

5.4.3 中频段对数幅频特性的斜率 375

5.4.4高频段 377

5.4.5低频段 379

5.4.6对象的极点与零点之利用 381

5.4.7典型4阶模型的分频段综合举例 382

5.5恒值调节系统的综合 385

5.5.1恒值调节系统综合的关键问题 386

5.5.2综合恒值调节系统的约束条件 388

5.5.3系统受扰运动的数学模型 389

5.5.4恒值调节系统的综合 395

5.5.5恒值调节系统综合举例 396

5.6局部反馈校正 399

5.7顺馈控制 402

5.8多变量控制系统的正规矩阵设计方法 404

5.8.1 控制系统的鲁棒性与传递函数矩阵的关系 405

5.8.2正规矩阵设计方法的基本思路 410

5.8.3控制系统的正规矩阵参数优化设计方法 412

5.9正规矩阵参数优化设计方法的专家知识库和设计流程 416

5.10正规矩阵参数优化方法设计实例 424

5.11控制系统的智能设计 431

5.12小结 434

附录5.1 关于复数矩阵的奇异值分解的若干补充知识 434

5.A2.1 IntelDes 3.0的功能及界面 437

附录5.2控制系统智能设计软件IntelDes 3.0 437

5.A2.2矩阵文件及其编辑 438

5.A2.3传递函数矩阵的分析 439

5.A2.4传递函数矩阵的运算 439

5.A2.5控制系统的设计 440

5.A2.6控制系统的仿真 442

习题 444

第6章 根轨迹方法及控制系统根轨迹的校正 448

6.1 引言 448

6.2根轨迹的基本概念及绘制 449

6.2.1 根轨迹 449

6.2.2根轨迹的幅值条件和幅角条件 451

6.2.3计算机辅助绘制根轨迹 452

6.3根轨迹的基本性质 453

6.4根轨迹方法应用示例 464

6.4.1条件稳定系统 464

6.4.2增加极点或零点对根轨迹的影响 465

6.4.3参数根轨迹和根轨迹族 467

6.4.4延时系统 471

6.5补根轨迹的基本性质 475

6.5.1几个示例 476

6.5.2补根轨迹的幅值条件和幅角条件 477

6.5.3补根轨迹的基本性质 477

6.6常用串联校正装置的性质 481

6.6.1超前校正装置 482

6.6.2滞后校正装置 484

6.6.3超前滞后校正装置 486

6.7超前校正 487

6.7.1超前校正的基本设计方法 488

6.7.2设计示例 490

6.8滞后校正 494

6.8.1滞后校正的基本设计方法 494

6.8.2设计示例 496

6.9超前滞后校正 498

6.9.1超前滞后校正的一般设计方法 498

6.9.2设计示例 499

6.10小结 502

习题 503

上册部分习题参考答案 507

上册名词索引 511