自动控制原理习题解答及仿真实验PDF电子书下载

第1章 绪论 1

内容提要 1

1.1自动控制的基本概念 1

1.2自动控制系统的组成 1

1.3自动控制系统的基本控制方式 2

1.4自动控制系统的分类 2

1.5自动控制系统的基本要求 3

1.6自动控制理论的产生及其发展 4

1.7自动控制系统课程的主要任务 4

习题解答 4

第2章 控制系统的数学模型 6

内容提要 6

2.1微分方程 6

2.2非线性数学模型的线性化 6

2.3传递函数 7

2.3.1传递函数的定义 7

2.3.2传递函数的常用形式 7

2.3.3传递函数的特点 8

2.3.4典型环节的传递函数 8

2.4结构图 9

2.4.1结构图的绘制 9

2.4.2结构图的简化 10

2.5信号流图 11

2.5.1信号流图的概念 11

2.5.2信号流图的绘制 11

2.5.3梅逊增益公式 12

习题解答 12

典型题解 20

第3章 线性控制系统的时域分析法 25

内容提要 25

3.1引言 25

3.1.1典型输入信号 25

3.1.2系统时域响应的形式 25

3.1.3系统时域响应的性能指标 26

3.2系统的稳定性 27

3.2.1稳定性的基本概念 27

3.2.2线性控制系统稳定的条件 27

3.2.3代数稳定判据 27

3.2.4相对稳定性和稳定裕量 29

3.3系统的时域响应 29

3.3.1一阶系统的时域响应 29

3.3.2二阶系统的时域响应 30

3.3.3高阶系统的时域响应 32

3.4系统的稳态误差 33

3.4.1稳态误差的定义 33

3.4.2静态误差系数法 33

3.4.3动态误差系数法 34

3.4.4给定信号和扰动信号同时作用下的稳态误差 35

习题解答 35

典型题解 49

第4章 线性控制系统的复域分析法 51

内容提要 51

4.1引言 51

4.1.1根轨迹的基本概念 51

4.1.2根轨迹的基本条件 52

4.2常规根轨迹的绘制 52

4.2.1负反馈系统的根轨迹 52

4.2.2正反馈系统的根轨迹 54

4.3广义根轨迹的绘制 54

4.3.1单参数根轨迹 54

4.3.2多参数根轨迹 55

4.4纯迟延根轨迹的绘制 56

4.5利用根轨迹分析控制系统 57

4.5.1利用根轨迹定性分析系统 57

4.5.2利用根轨迹定量分析系统 57

习题解答 57

典型题解 86

第5章 线性控制系统的频域分析法 93

内容提要 93

5.1引言 93

5.1.1频率特性的基本概念 93

5.1.2频率特性的表示方法 94

5.2典型环节的频率特性 94

5.3系统的开环频率特性 95

5.3.1开环频率特性的极坐标图 95

5.3.2开环频率特性的对数坐标图 97

5.3.3开环频率特性的对数幅相图 98

5.3.4最小相位系统 98

5.4奈奎斯特稳定判据 98

5.4.1奈奎斯特稳定判据的介绍 98

5.4.2奈奎斯特稳定判据的推广 99

5.5控制系统的稳定裕量 99

5.5.1稳定裕量在极坐标图中的表示 99

5.5.2稳定裕量在对数坐标图中的表示 100

5.5.3稳定裕量在对数幅相图中的表示 100

5.6系统的闭环频率特性 100

5.6.1等M圆（等幅值轨迹）和等N圆（等相角轨迹） 101

5.6.2利用等M圆和等N圆求系统的闭环频率特性 102

5.6.3利用尼科尔斯图求系统的闭环频率特性 102

5.7利用频率特性对闭环系统进行分析 103

5.7.1系统频域特性与稳态性能的关系 103

5.7.2系统频域特性与时域性能的关系 103

习题解答 105

典型题解 125

第6章 线性控制系统的校正方法 131

内容提要 131

6.1引言 131

6.1.1性能指标 131

6.1.2校正方式 131

6.2校正装置及其特性 132

6.2.1 PID控制器 132

6.2.2超前校正装置 132

6.2.3滞后校正装置 133

6.2.4滞后-超前校正装置 133

6.3频率法串联校正 133

6.3.1频率法的串联超前校正 133

6.3.2频率法的串联滞后校正 134

6.3.3频率法的串联滞后-超前校正 135

6.4根轨迹法串联校正 135

6.4.1根轨迹法的串联超前校正 135

6.4.2根轨迹法的串联滞后校正 137

6.4.3根轨迹法的串联滞后-超前校正 139

6.5反馈校正 140

6.6复合校正 140

习题解答 140

典型题解 156

第7章 非线性控制系统分析 158

内容提要 158

7.1引言 158

7.1.1非线性系统的特点 158

7.1.2常见的非线性特性 158

7.1.3非线性系统的分析方法 158

7.2相平面分析法 159

7.2.1概述 159

7.2.2相轨迹图的绘制 160

7.2.3由相轨迹图求系统的暂态响应 161

7.2.4控制系统的相平面分析 161

7.3描述函数分析法 161

7.3.1描述函数定义 161

7.3.2典型非线性环节的描述函数 162

7.3.3非线性系统的描述函数法分析 162

7.3.4非线性系统的简化 163

习题解答 163

典型题解 178

第8章 线性离散控制系统的分析与设计 182

内容提要 182

8.1引言 182

8.1.1信号的采样 182

8.1.2信号的保持 183

8.2 z变换 183

8.2.1 z变换定义 183

8.2.2 z变换方法 183

8.2.3 z变换的基本定理 184

8.2.4 z反变换 185

8.3离散系统的数学模型 187

8.3.1差分方程 187

8.3.2脉冲传递函数 188

8.4离散控制系统的稳定性分析 189

8.4.1离散控制系统稳定的条件 189

8.4.2代数稳定判据 190

8.5离散控制系统的稳态误差 190

8.5.1典型输入信号下的稳态误差 190

8.5.2扰动信号作用下的稳态误差 191

8.6离散控制系统的动态性能 191

8.6.1离散系统的输出响应 191

8.6.2闭环零、极点分布对瞬态响应的影响 191

8.6.3离散系统的根轨迹分析 192

8.7离散控制系统的校正 192

8.7.1采用伯德图的方法 192

8.7.2最少拍控制系统的校正 193

习题解答 194

典型题解 202

第9章 基于MATLAB的自动控制原理数字仿真实验 207

实验一 线性控制系统的时域分析 207

实验二 线性控制系统的根轨迹和频域分析 213

实验三 线性控制系统的校正 220

实验四 非线性控制系统的分析 224

实验五 离散控制系统的分析 229

附录A学生实验报告 233

附录B 半对数坐标纸 234

参考文献 235