控制工程基础 第2版PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 控制系统的示例 2

1.2 自动控制系统的基本形式 6

1.3 对控制系统性能的基本要求 9

1.4 自动控制理论的发展简史 11

习题 14

第2章 控制系统的数学描述 16

2.1 引言 17

2.2 微分方程描述方法 18

2.2.1 描述运动的微分方程 18

2.2.2 非线性方程的线性化 20

2.2.3 从原始方程组推导微分方程 21

2.2.4 离散时间系统的运动方程 22

2.3 求解微分方程的拉普拉斯变换方法 23

2.3.1 拉普拉斯变换及性质 23

2.3.2 逆拉普拉斯变换 26

2.3.3 用拉普拉斯变换解微分方程 28

2.3.4 运动模态 30

2.4 传递函数描述方法 30

2.4.1 传递函数 31

2.4.2 传递函数的极点与零点 34

2.4.3 极点与零点的对消 36

2.5 闭环系统的传递函数 38

2.5.1 框图 38

2.5.2 闭环系统的传递函数 44

2.5.3 信号流图 46

2.6 基本单元 48

2.7 卫星通信天线定位系统 51

2.8 锅炉水位控制系统 58

2.9 本章小结 61

习题 61

第3章 线性控制系统的运动 66

3.1 引言 67

3.2 线性系统的典型时间响应 67

3.2.1 控制系统的典型输入 67

3.2.2 典型输出响应 69

3.3 稳定性和劳斯判据 70

3.3.1 运动的稳定性 70

3.3.2 线性系统的稳定性 71

3.3.3 劳斯判据 74

3.4 稳定系统响应的性能指标 78

3.4.1 稳态误差 78

3.4.2 扰动作用下的稳态误差 83

3.4.3 瞬态响应指标 85

3.4.4 误差积分指标 86

3.5 一阶系统响应的分析 87

3.6 二阶系统响应的分析 90

3.6.1 标准二阶系统的阶跃响应 91

3.6.2 标准二阶系统的瞬态响应指标 94

3.6.3 标准二阶系统的冲激响应 97

3.6.4 具有微分作用的二阶系统 98

3.7 高阶系统的运动 99

3.7.1 高阶系统的二阶近似 99

3.7.2 高阶系统运动特性的一般特征 101

3.8 卫星天线控制系统的运动分析 102

3.9 本章小结 105

习题 106

第4章 频率响应法 110

4.1 引言 111

4.2 频率特性函数 111

4.3 频率特性函数的图像 113

4.3.1 伯德图 113

4.3.2 极坐标图 126

4.3.3 尼柯尔斯图 131

4.4 奈奎斯特稳定性判据及其应用 132

4.4.1 奈奎斯特稳定性判据 132

4.4.2 奈奎斯特稳定性判据应用举例 134

4.4.3 控制系统的稳定裕度 142

4.5 闭环频率特性 145

4.5.1 闭环频率特性的特点 146

4.5.2 绘制闭环频率特性的常用工具图 147

4.6 开环频率特性与闭环系统响应的关系 151

4.7 卫星天线控制系统的频率特性 155

4.8 本章小结 156

习题 157

第5章 控制系统的频域校正 162

5.1 引言 163

5.2 校正的基本概念 163

5.3 超前校正 165

5.3.1 超前校正的性质和作用 165

5.3.2 设计示例 168

5.4 滞后校正 173

5.4.1 滞后校正的性质和作用 173

5.4.2 设计示例 175

5.5 超前滞后校正 180

5.5.1 超前滞后校正的性质和作用 180

5.5.2 设计示例 181

5.6 比例积分微分校正 185

5.6.1 比例积分微分校正作用 186

5.6.2 比例积分微分校正的参数整定 188

5.6.3 设计示例 190

5.7 采用预期开环频率特性的设计 192

5.7.1 典型四阶开环模型 192

5.7.2 设计示例 194

5.7.3 自动控制系统的工程设计方法 196

5.8 本章小结 201

习题 202

第6章 根轨迹方法及控制系统的校正 205

6.1 引言 206

6.2 根轨迹的基本概念及绘制 208

6.2.1 根轨迹 208

6.2.2 闭环零点、极点与开环零点、极点的关系 209

6.2.3 根轨迹的幅值条件和幅角条件 210

6.2.4 计算机辅助绘制根轨迹 211

6.3 根轨迹的基本性质 212

6.4 根轨迹方法应用示例 224

6.4.1 条件稳定系统 224

6.4.2 增加极点或零点对根轨迹的影响 225

6.4.3 参数根轨迹和根轨迹族 227

6.4.4 延时系统 230

6.5 常用串联校正装置的性质 234

6.5.1 超前校正装置 234

6.5.2 滞后校正装置 236

6.5.3 超前滞后校正装置 238

6.6 超前校正 238

6.6.1 超前校正的基本设计方法 239

6.6.2 设计示例 241

6.7 滞后校正 245

6.7.1 滞后校正的基本设计方法 245

6.7.2 设计示例 247

6.8 超前滞后校正 249

6.8.1 超前滞后校正的一般设计方法 249

6.8.2 设计示例 249

6.9 本章小结 252

习题 253

第7章 多回路控制策略 257

7.1 引言 258

7.2 单回路控制系统中存在的问题 258

7.2.1 扰动特性 259

7.2.2 扰动进入点的影响 262

7.2.3 调节器增益变化的影响 263

7.2.4 小结 266

7.3 串级控制 266

7.3.1 串级控制的优点 266

7.3.2 串级控制的设计原则与实施中的问题 274

7.3.3 小结 279

7.4 补偿控制 280

7.4.1 扰动不变性原理和双通道原理 280

7.4.2 前馈补偿控制 281

7.4.3 前馈补偿调节器 283

7.4.4 锅炉水位控制系统 285

7.4.5 大滞后对象的补偿控制 288

7.4.6 小结 289

7.5 他励直流电机调速系统 289

7.5.1 转速负反馈单回路直流调速系统 290

7.5.2 转速-电流双回路直流调速系统 293

7.5.3 设计示例 299

7.5.4 小结 302

7.6 双变量系统的解耦控制 302

7.6.1 减少双变量系统稳态相互作用的策略 303

7.6.2 采用前馈补偿实现解耦控制 306

7.6.3 实现解耦控制的对角矩阵法 308

7.6.4 小结 312

7.7 本章小结 313

习题 314

第8章 线性离散控制系统 317

8.1 引言 318

8.2 采样与保持 319

8.2.1 采样过程 319

8.2.2 理想采样过程 322

8.2.3 保持器 324

8.2.4 A/D转换器和D/A转换器 328

8.2.5 小结 329

8.3 z变换 329

8.3.1 时间函数的z变换 330

8.3.2 z变换的性质 334

8.3.3 z反变换 339

8.3.4 小结 343

8.4 离散控制系统的数学模型 343

8.4.1 差分方程及其求解 343

8.4.2 脉冲传递函数 347

8.4.3 闭环系统的脉冲传递函数 352

8.4.4 小结 355

8.5 离散系统的稳定性分析 355

8.5.1 s平面与z平面之间的映射 355

8.5.2 z平面上的稳定性分析 357

8.5.3 双线性变换 362

8.5.4 w平面上的稳定性分析 363

8.5.5 小结 365

8.6 离散控制系统的时间响应 366

8.6.1 闭环极点与冲激响应的关系 366

8.6.2 离散系统的瞬态响应指标 369

8.6.3 离散系统的稳态响应 371

8.6.4 修正的z变换 373

8.6.5 小结 379

8.7 本章小结 379

习题 380

第9章 离散控制系统的校正综合 384

9.1 引言 385

9.2 连续部件离散化的几种近似方法 386

9.2.1 冲激响应不变法 386

9.2.2 零阶保持器近似法 388

9.2.3 极零匹配映射法 389

9.2.4 后向差分法 391

9.2.5 梯形积分法 393

9.2.6 小结 397

9.3 等效模拟校正设计方法 398

9.3.1 离散系统的两类校正设计方法 398

9.3.2 数字控制器的等效模拟校正设计 399

9.3.3 数字PID控制器 402

9.3.4 数字控制器的编程实现 410

9.3.5 小结 412

9.4 直接数字校正设计方法 412

9.4.1 数字控制器的直接设计 413

9.4.2 数字控制器的解析设计 417

9.4.3 最小时间响应 420

9.4.4 达林算法 430

9.4.5 小结 433

9.5 本章小结 433

习题 434

名词索引 437

参考文献 443