自动控制理论 非自动化专业PDF电子书下载

第1章 自动控制概论 1

1.1自动控制与自动控制系统的基本概念 1

1.1.1自动控制理论 1

1.1.2反馈控制原理 1

1.1.3自动控制系统基本控制方式 4

1.2自动控制系统示例 5

1.2.1函数记录仪 5

1.2.2锅炉液位控制系统 6

1.3自动控制系统的分类 7

1.3.1线性连续控制系统 7

1.3.2线性定常离散控制系统 8

1.3.3非线性控制系统 8

1.4对控制系统的基本要求 8

1.4.1基本要求的提法 8

1.4.2典型外作用 9

习题 11

第2章 控制系统的数学模型 14

2.1自动控制系统微分方程的建立 14

2.1.1线性元器件的微分方程 14

2.1.2控制系统的微分方程 15

2.1.3线性系统的特性 17

2.2非线性微分方程的线性化 18

2.3传递函数 19

2.3.1传递函数的定义 19

2.3.2传递函数的基本性质 20

2.3.3控制系统的典型环节及传递函数 21

2.4控制系统的方框图和传递函数 27

2.4.1框图的组成 27

2.4.2系统框图的建立 28

2.4.3框图的等效变换 29

2.4.4自动控制系统的传递函数 33

2.5信号流图和梅逊公式 36

2.5.1信号流图的术语和性质 37

2.5.2梅逊增益公式 38

2.6脉冲响应 40

2.7 MATLAB在本章中的应用 41

习题 42

第3章 线性系统的时域分析法 45

3.1系统时间响应的性能指标 45

3.1.1典型输入信号 45

3.1.2时域性能指标 46

3.2一阶系统的时域响应 47

3.2.1一阶系统的数学模型 47

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应 48

3.2.3一阶系统的单位斜坡响应 48

3.2.4一阶系统的理想单位脉冲响应 49

3.2.5一阶系统的单位加速度响应 49

3.3二阶系统的时域响应 50

3.3.1二阶系统的数学模型 50

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 51

3.3.3欠阻尼二阶系统的动态过程分析 53

3.3.4二阶系统的单位脉冲响应 57

3.4高阶系统的时域响应 58

3.4.1高阶系统的单位阶跃响应 58

3.4.2系统的主导极点与偶极子 59

3.5线性系统的稳定性分析 60

3.5.1稳定的概念和定义 60

3.5.2线性系统稳定的充分必要条件 61

3.5.3劳斯稳定判据 62

3.5.4赫尔维兹判据 65

3.6线性系统稳态误差的计算 66

3.6.1稳态误差的定义 66

3.6.2系统类型 67

3.6.3扰动作用下的稳态误差 69

3.6.4提高系统稳态精度的方法 70

3.7 MATLAB在本章中的应用 71

3.7.1控制系统的传递函数 71

3.7.2控制系统的时域响应 73

习题 77

第4章 线性系统的根轨迹法 80

4.1根轨迹法的基本概念 80

4.1.1根轨迹的定义 80

4.1.2根轨迹方程与系统性能 82

4.1.3根轨迹的幅值条件与相角条件 84

4.2根轨迹的绘制 86

4.2.1绘制根轨迹的基本规则 86

4.2.2绘制零度根轨迹 100

4.2.3绘制开环零、极点变化时的根轨迹 103

4.3控制系统性能的根轨迹分析 106

4.3.1闭环零、极点位置对系统性能的影响 106

4.3.2单位阶跃响应的根轨迹分析 107

4.4 MATLAB在绘制根轨迹图中的应用 111

4.4.1函数及调用格式 111

4.4.2分析设计工具rltool的应用 114

习题 115

第5章 频域分析法 118

5.1频率特性的一般概念 118

5.1.1频率特性定义 118

5.1.2频率特性的三种图示方法 120

5.2典型环节的频率特性 122

5.3系统开环频率特性 131

5.3.1系统开环对数频率特性 131

5.3.2系统开环极坐标图（奈氏图） 135

5.3.3最小相位系统和非最小相位系统 136

5.4奈奎斯特稳定判据及稳定裕量 137

5.4.1奈奎斯特稳定判据的基本原理 137

5.4.2奈奎斯特稳定判据 140

5.4.3奈奎斯特对数稳定判据 144

5.4.4频域法分析系统的稳定性 145

5.5系统闭环频率特性和性能指标 147

5.5.1闭环频率特性曲线 147

5.5.2等M圆图 148

5.5.3等N圆图 149

5.5.4性能指标 150

5.6频率特性分析系统的性能 151

5.6.1闭环频域指标与时域指标的关系 151

5.6.2开环对数幅频特性和时域指标 152

5.7 MATLAB在频域特性分析中的应用 154

5.7.1频率特性性能分析的MATLAB实现 154

5.7.2频率法判定系统稳定性的MATLAB实现 155

习题 157

第6章 线性系统的综合与校正 161

6.1系统校正基础 161

6.1.1受控对象 161

6.1.2控制系统的性能指标 161

6.1.3系统带宽的确定 163

6.1.4校正装置与校正系统结构 165

6.2基本控制规律 167

6.2.1比例控制规律（P） 167

6.2.2比例微分控制规律（PD） 168

6.2.3积分控制规律（I） 169

6.2.4比例积分微分控制规律（PID） 170

6.3超前校正参数的确定 171

6.3.1 RC超前网络 171

6.3.2串联超前校正 172

6.3.3超前校正的优缺点 174

6.4滞后校正参数的确定 175

6.4.1滞后校正及滞后校正元器件的特性 175

6.4.2滞后校正举例 176

6.4.3滞后校正的特点 180

6.5滞后-超前校正参数的确定 180

6.5.1滞后-超前校正网络特性 180

6.5.2串联滞后-超前校正 181

6.5.3滞后-超前校正的特点 184

6.6按系统期望频率特性确定串联校正参数 184

6.6.1几个基本概念 184

6.6.2“期望特性”校正举例 185

6.6.3“期望特性”校正的优点 189

6.7反馈校正参数的确定 189

6.7.1反馈校正的特点 190

6.7.2反馈校正的简化方框图 192

6.7.3反馈校正举例 193

6.7.4反馈环节的实现 194

6.7.5校正分析 195

6.8 MATLAB在本章中的应用 196

6.8.1设计方法 196

6.8.2系统设计步骤 197

习题 201

第7章 采样控制系统 203

7.1基本概念 203

7.1.1采样控制系统 203

7.1.2数字控制系统 204

7.1.3离散控制系统的特点 204

7.2采样过程与采样定理 204

7.2.1采样过程 204

7.2.2采样定理 205

7.3采样信号保持器 207

7.3.1信号复现 207

7.3.2零阶保持器 207

7.4 z变换 209

7.4.1 z变换定义 209

7.4.2 z变换方法 210

7.4.3 z变换性质 211

7.4.4 z反变换 212

7.5采样系统的数学模型 214

7.5.1离散系统的数学定义 214

7.5.2线性常系数差分方程 214

7.5.3脉冲传递函数 215

7.6采样系统的稳定性分析 220

7.6.1采样系统的稳定条件 220

7.6.2离散系统的稳定性判据 221

7.7采样系统的稳态误差 223

7.8采样系统动态性能估算 225

7.8.1采样系统闭环极点分布与瞬态响应的关系 226

7.8.2采样系统动态性能的估算 227

7.9 MATLAB在本章中的应用 228

7.9.1连续系统的离散化 228

7.9.2采样系统的响应 228

习题 229

参考答案 233

参考文献 250