自动控制原理 第2版PDF电子书下载

1绪论 1

1.1自动控制理论的形成与发展 1

1.1.1经典控制理论阶段 2

1.1.2现代控制理论阶段 6

1.1.3智能控制理论阶段 6

1.2自动控制系统的基本概念 9

1.2.1人工控制与自动控制的比较 9

1.2.2开环控制系统 12

1.2.3闭环控制系统 13

1.2.4复合控制系统 14

1.3自动控制系统的基本构成 15

1.3.1自动控制系统的基本环节 15

1.3.2自动控制系统的基本变量 16

1.4自动控制系统的分类 16

1.4.1线性系统与非线性系统 16

1.4.2连续系统与离散系统 17

1.4.3恒值系统与随动系统 18

1.4.4单输入、输出系统与多输入、输出系统 18

1.4.5确定性系统与不确定性系统 18

1.4.6集中参数系统与分布参数系统 19

1.5自动控制系统的基本要求 19

1.5.1稳定系统的判别及稳定性的要求 20

1.5.2动态特性 21

1.5.3静态特性 24

1.6教学内容与要求 25

1.6.1教学内容 25

1.6.2基本要求 25

本章小结 26

习题 26

2控制系统的数学模型 27

2.1线性系统的微分方程 27

2.2非线性系统的线性化 30

2.3传递函数 32

2.3.1传递函数的定义 32

2.3.2传递函数的基本性质 32

2.3.3典型环节的传递函数 33

2.4方框图及其变换 36

2.4.1方框图 37

2.4.2方框图的等效变换 39

2.5信号流图及其应用 43

2.5.1信号流图的定义与术语 44

2.5.2信号流图的基本性质 44

2.5.3信号流图的绘制 45

2.5.4信号流图的梅森公式 46

2.6控制系统的典型传递函数 48

2.6.1系统的开环传递函数 48

2.6.2系统的闭环传递函数 48

2.6.3系统的误差传递函数 49

2.7用Matlab处理系统数学模型 50

2.7.1多项式求根 50

2.7.2传递函数 51

2.7.3零极点模型 52

2.7.4方框图 53

本章小结 55

习题 55

3控制系统的时域分析 59

3.1典型输入信号 59

3.2线性定常系统的时域响应与性能指标 61

3.2.1线性定常系统的时域响应 61

3.2.2控制系统时域响应的性能指标 62

3.3一阶系统的时域响应 63

3.3.1一阶系统的单位阶跃响应 63

3.3.2一阶系统的单位脉冲响应 64

3.3.3线性定常系统的重要特性 65

3.4二阶系统的时域响应 65

3.4.1二阶系统的数学模型 65

3.4.2二阶系统的单位阶跃响应 67

3.4.3二阶系统的单位脉冲响应 75

3.4.4二阶系统的斜坡响应 75

3.5高阶系统的时域响应 76

3.5.1高阶系统单位阶跃响应 76

3.5.2闭环主导极点 78

3.6线性定常系统的稳定性 79

3.6.1控制系统稳定性的概念与条件 79

3.6.2线性定常系统稳定的充分必要条件 80

3.6.3劳斯稳定判据 81

3.6.4劳斯稳定判据的特殊情况 83

3.6.5赫尔维茨稳定判据 84

3.6.6稳定判据的应用 85

3.6.7相对稳定性和稳定裕度 87

3.7系统的稳态误差 88

3.7.1误差及稳态误差的基本概念 88

3.7.2系统稳态误差的计算 90

3.7.3动态误差系数 95

3.7.4改善系统稳态精度的途径 97

3.8用Matlab和Simulink进行瞬态响应分析 100

3.8.1单位脉冲响应 100

3.8.2单位阶跃响应 101

3.8.3斜坡响应 102

3.8.4任意函数作用下系统的响应 102

本章小结 103

习题 104

4根轨迹法 107

4.1根轨迹法的概念 107

4.2根轨迹方程 109

4.3常规根轨迹及其绘制 110

4.3.1根轨迹的起点和终点 110

4.3.2根轨迹的分支数、对称性和连续性 111

4.3.3根轨迹的渐近线 111

4.3.4实轴上的根轨迹 113

4.3.5根轨迹的分离点 113

4.3.6根轨迹的出射角与入射角 114

4.3.7根轨迹与虚轴的交点 115

4.3.8闭环极点的和与积 116

4.3.9开环根轨迹增益Kg的求取 117

4.3.10绘制根轨迹的一般步骤 117

4.4广义根轨迹及其绘制 120

4.4.1参数根轨迹 120

4.4.2零度根轨迹 122

4.5用根轨迹分析控制系统 125

4.5.1基于根轨迹的系统稳定性分析 125

4.5.2基于根轨迹的系统稳态性能分析 125

4.5.3基于根轨迹的系统动态性能分析 126

4.5.4增加零、极点对根轨迹的影响 127

4.6用Matlab绘制根轨迹 128

本章小结 132

习题 132

5控制系统的频域分析 135

5.1频率特性的基本概念 135

5.1.1频率特性的概念 135

5.1.2频率特性的表示方法 138

5.2典型环节的频率特性 141

5.2.1比例环节的频率特性 141

5.2.2惯性环节的频率特性 143

5.2.3积分环节的频率特性 145

5.2.4微分环节的频率特性 147

5.2.5振荡环节的频率特性 149

5.2.6二阶微分环节的频率特性 153

5.2.7时滞环节的频率特性 154

5.3系统开环频率特性 156

5.3.1开环幅相频率特性曲线的绘制 156

5.3.2开环对数频率特性曲线的绘制 163

5.3.3开环对数幅频特性低频段特点与系统型别的关系 165

5.3.4最小相位系统和非最小相位系统 168

5.4奈奎斯特稳定判据 170

5.4.1辐角原理 170

5.4.2奈氏判据 171

5.4.3奈氏判据在Bode图中的应用 178

5.5控制系统的相对稳定性 180

5.5.1相位裕度 180

5.5.2增益裕度 181

5.5.3开环对数频率特性与相对稳定性的关系 183

5.6闭环系统频率特性 189

5.6.1开环频率特性与闭环频率特性的关系 190

5.6.2等M圆图和等N圆图 190

5.6.3尼柯尔斯图线 193

5.6.4非单位反馈系统的闭环频率特性 197

5.7频域性能指标与时域性能指标的关系 198

5.7.1开环频域性能指标和时域性能指标的关系 198

5.7.2闭环频域性能指标与时域性能指标的关系 200

5.8用Matlab进行频域分析 202

5.8.1频率特性图的绘制 202

5.8.2相位裕度和增益裕度的计算 206

5.8.3谐振峰值、谐振频率和系统带宽的计算 209

本章小结 211

习题 211

6控制系统的校正与设计 215

6.1控制系统校正的概念 215

6.2基本控制规律分析 219

6.2.1比例（P）控制规律 219

6.2.2比例加微分（PD）控制规律 219

6.2.3积分（I）控制规律 221

6.2.4比例加积分（PI）控制规律 221

6.2.5比例加积分加微分（PID）控制规律 223

6.3常用校正装置及其特性 224

6.3.1相位超前校正装置 224

6.3.2相位滞后校正装置 226

6.3.3相位滞后-超前校正装置 227

6.4频率法串联校正 228

6.4.1超前校正 229

6.4.2滞后校正 231

6.4.3滞后-超前校正 233

6.4.4按系统期望频率特性进行校正 235

6.5根轨迹法串联校正 238

6.5.1超前校正 239

6.5.2滞后校正 241

6.5.3滞后-超前校正 243

6.6反馈校正及其参数确定 243

6.6.1反馈的功能 243

6.6.2根轨迹法确定反馈校正参数 247

6.7用Matlab进行控制系统的校正 249

6.7.1相位超前校正装置 249

6.7.2相位滞后校正装置 251

6.7.3滞后-超前校正装置 252

本章小结 255

习题 255

7非线性控制系统 259

7.1非线性系统概述 259

7.1.1典型非线性特性 260

7.1.2非线性系统的基本特征 262

7.1.3非线性系统的分析方法 263

7.2描述函数法 264

7.2.1描述函数法的基本概念 264

7.2.2典型非线性特性的描述函数 265

7.2.3用描述函数法分析非线性系统稳定性 273

7.3相平面法 277

7.3.1相平面法的基本概念 277

7.3.2相轨迹的绘制 278

7.3.3相平面分析 281

7.4用Matlab进行非线性控制系统分析 291

本章小结 294

习题 295

8离散控制系统 297

8.1离散系统的基本概念 297

8.1.1离散控制系统的定义 297

8.1.2离散控制系统的特点 300

8.1.3离散控制系统的研究方法 301

8.2信号的采样与保持 301

8.2.1采样过程及其数学描述 301

8.2.2采样定理 303

8.2.3信号的复现与零阶保持器 305

8.3 z变换理论 307

8.3.1 z变换的定义 307

8.3.2 z变换的方法 308

8.3.3 z变换基本定理 313

8.3.4 z反变换 315

8.4离散控制系统的数学模型 318

8.4.1差分方程 318

8.4.2脉冲传递函数 320

8.4.3差分方程和脉冲传递函数的关系 331

8.5离散控制系统的分析 331

8.5.1离散控制系统的稳定性 331

8.5.2离散控制系统的动态性能分析 336

8.5.3离散控制系统的稳态误差 339

8.6离散控制系统的数字校正 343

8.6.1数字控制器的脉冲传递函数 343

8.6.2最少拍系统设计 345

8.7应用Matlab分析离散控制系统 349

本章小结 352

习题 353

参考文献 356