21世纪高等院校自动化类专业系列教材 自动控制原理PDF电子书下载

第1章 自动控制概述 1

1.1 自动控制的基本原理及自动控制系统的基本组成 1

1.1.1 自动控制的初步概念 1

1.1.2 自动控制的基本原理 1

1.1.3 自动控制系统的基本组成 3

1.2 自动控制系统示例 5

1.2.1 液面控制系统 5

1.2.2 直流电动机速度控制系统 6

1.2.4 电阻炉温度微机控制系统 7

1.2.3 火炮跟踪系统 7

1.2.5 蒸汽发电机的协调控制系统 8

1.3 自动控制系统的类型 8

1.3.1 调节系统和随动系统 9

1.3.2 连续系统和离散系统 9

1.3.3 线性系统和非线性系统 10

1.3.4 单输入单输出系统和多输入多输出系统 10

1.3.5 确定性系统和不确定性系统 10

1.3.6 集中参数系统和分布参数系统 11

1.4 自动控制理论概要 11

1.4.1 自动控制理论的发展 11

1.4.2 对自动控制系统的基本要求 14

1.4.3 本书内容及实际应用问题 15

1.5 小结 16

1.6 习题 16

第2章 控制系统的数学模型 19

2.1 引言 19

2.2 控制系统的微分方程 20

2.2.1 线性系统微分方程的建立 20

2.2.2 非线性系统微分方程的线性化 25

2.2.3 线性微分方程的解 29

2.3.1 传递函数的概念 35

2.3 控制系统的传递函数 35

2.3.2 传递函数的性质 36

2.3.3 典型环节及其传递函数 37

2.3.4 电气网络的运算阻抗与传递函数 42

2.3.5 控制系统的传递函数 43

2.3.6 利用传递函数求解系统的输出响应 45

2.4 控制系统结构图和信号流图 48

2.4.1 控制系统结构图的概念及建立 48

2.4.2 结构图的等效变换及控制系统的传递函数 52

2.4.3 信号流图概念及控制系统信号流图的建立 60

2.4.4 梅逊增益公式 63

2.5 控制系统的频率特性函数 67

2.5.1 频率特性概念 67

2.5.2 开环频率特性的图形表示 72

2.5.3 闭环频率特性图 95

2.5.4 由频率特性实验曲线确定最小相位系统的传递函数 105

2.6 小结 108

2.7 示例 109

2.8 习题 121

3.1.1 稳定的基本概念 129

3.1 稳定性的概念和定义 129

第3章 控制系统的稳定性 129

3.1.2 渐近稳定和BIBO稳定 130

3.1.3 线性定常系统稳定的充分必要条件 132

3.2 Routh-Hurwitz稳定性判据 133

3.2.1 Routh稳定性判据 133

3.2.2 Hurwitz稳定性判据 137

3.2.3 参数对稳定性的影响及参数的稳定域 138

3.3 Nyquist稳定性判据 144

3.3.1 映射定理 144

3.3.2 Nyquist稳定性判据及其应用 146

3.3.3 根据开环对数频率特性分析线性控制系统稳定性 154

3.4 控制系统的相对稳定性 155

3.4.1 稳定裕度 156

3.4.2 稳定裕度的求取 158

3.4.3 利用Routh稳定性判据分析系统的相对稳定性 162

3.5 小结 163

3.6 示例 164

3.7 习题 172

4.1 引言 177

4.1.1 典型输入信号 177

第4章 控制系统的性能指标 177

4.1.2 控制系统的输出响应 180

4.2 控制系统的稳态响应及稳态误差 181

4.2.1 典型输入信号的稳态响应 181

4.2.2 误差与稳态误差 183

4.2.3 参考输入作用下系统稳态误差的计算 186

4.2.4 扰动输入作用下系统稳态误差的计算 198

4.2.5 稳态误差的抑制 202

4.3 控制系统的瞬态响应及时域性能指标 203

4.3.1 控制系统的时域性能指标 203

4.3.2 一阶系统的动态响应 205

4.3.3 二阶系统的动态响应 209

4.3.4 高阶系统的动态响应及性能分析 219

4.4 控制系统的频域性能指标 227

4.4.1 开环频率特性对应的性能指标 227

4.4.2 闭环频率特性对应的性能指标 228

4.4.3 频域性能指标与时域性能指标的关系 228

4.5 小结 233

4.6 示例 233

4.7 习题 242

5.1.1 根轨迹的定义 248

5.1 根轨迹的基本概念 248

第5章 根轨迹法 248

5.1.2 根轨迹方程 250

5.1.3 绘制根轨迹的基本条件 251

5.2 根轨迹的绘制 253

5.2.1 绘制根轨迹的基本规则 253

5.2.2 根轨迹绘制举例 260

5.3 广义根轨迹 269

5.3.1 参数根轨迹和根轨迹族 269

5.3.2 零度根轨迹和完全根轨迹 273

5.3.3 延迟系统的根轨迹 279

5.4 控制系统的根轨迹分析方法 284

5.4.1 利用根轨迹分析控制系统 285

5.4.2 根轨迹的改造 286

5.5 小结 292

5.6 示例 293

5.7 习题 304

第6章 自动控制系统的校正 309

6.1 控制系统校正的概念 309

6.1.1 引言 309

6.1.2 控制系统的校正方式 310

6.1.3 线性系统的基本控制规律 312

6.2 常用校正装置及其特性 315

6.2.1 无源校正网络 315

6.2.2 有源调节器 322

6.3 根轨迹法校正 325

6.3.1 串联领先校正 326

6.3.2 串联滞后校正 330

6.3.3 零、极点对消的校正 333

6.4 频率特性法校正 335

6.4.1 串联领先校正 336

6.4.2 串联滞后校正 341

6.4.3 串联滞后-领先校正 346

6.4.4 期望频率特性法和自动控制系统的工程设计方法 348

6.5 控制系统的反馈校正及复合控制 360

6.5.1 反馈校正的解析法设计 360

6.5.2 反馈校正的根轨迹法设计 365

6.5.3 反馈校正的对数频率特性法设计 368

6.5.4 复合控制 371

6.6 小结 379

6.7 示例 380

6.8 习题 388

7.1.1 采样控制系统 393

第7章 线性离散控制系统 393

7.1 引言 393

7.1.2 数字控制系统 395

7.1.3 复杂的计算机控制系统 397

7.1.4 离散控制系统的特点和研究方法 399

7.2 信号的采样与保持 400

7.2.1 采样过程及其数学描述 400

7.2.2 采样定理及采样周期的选择 403

7.2.3 信号的保持及保持器 405

7.3.1 z变换的定义和方法 410

7.3 z变换 410

7.3.2 z变换的基本定理和性质 417

7.3.3 z反变换 421

7.4 采样离散控制系统的数学模型 427

7.4.1 差分方程及其求解 427

7.4.2 脉冲传递函数 432

7.4.3 连续控制系统的离散化 439

7.5 采样离散控制系统的性能分析 443

7.5.1 离散控制系统的稳定性分析 443

7.5.2 离散控制系统的稳态误差及计算 453

7.5.3 离散控制系统的动态响应及性能分析 458

7.6 采样离散控制系统的校正 466

7.6.1 模拟化设计方法 466

7.6.2 数字化设计方法 475

7.7 小结 488

7.8 示例 489

7.9 习题 492

附录 496

附录A 拉普拉斯变换 496

附录B 部分习题参考答案 498

参考文献 514