自动控制系统 第8版 翻译版PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1-1引言 1

1-1-1控制系统的基本组成部分 1

1-1-2控制系统应用举例 2

1-1-3开环控制系统（无反馈系统） 5

1-1-4闭环控制系统（反馈控制系统） 6

1-2反馈的含义及其作用 6

1-2-2反馈对于稳定性的影响 7

1-2-1反馈对于总增益的影响 7

1-2-3反馈对于外部干扰或噪声的作用 9

1-3反馈控制系统的类型 9

1-3-1线性系统与非线性系统 10

1-3-2定常与时变系统 10

1-4小结 12

复习题 12

第二章 数学基础 14

2-1引言 14

2-2-1 Laplace变换的定义 15

2-2 Laplace变换 15

2-2-2 Laplace反变换 16

2-2-3 Laplace变换的基本定理 16

2-3通过部分因式展开来求Laplace反变换 19

2-3-1部分因式展开 19

2-4应用Laplace变换法求解线性常微分方程 22

2-5线性系统的脉冲响应与传递函数 24

2-5-1脉冲响应 25

2-5-2单输入单输出系统的传递函数 25

2-5-3多变量系统的传递函数 26

2-6 MATLAB工具和案例分析 28

2-6-1传递函数工具箱的介绍及其使用 28

2-7小结 38

复习题 38

参考文献 38

习题 39

附加计算机练习题 40

第三章 方块图和信号流图 41

3-1方块图 41

3-1-1控制系统的方块图 42

3-1-2方块图和多变量系统传递函数 43

3-2信号流图 45

3-2-1信号流图的基本元素 45

3-2-2信号流图的基本性质 46

3-2-3信号流图术语的定义 47

3-2-4信号流图代数 48

3-2-5反馈控制系统的信号流图 49

3-2-6信号流图增益公式 50

3-2-7在输出节点与非输入节点间应用增益公式 52

3-2-8增益公式在方块图中的应用 52

3-3状态图 54

3-3-1根据微分方程得到状态图 55

3-3-2根据状态图得到传递函数 56

3-3-3根据状态图得到状态方程和输出方程 56

3-4 MATLAB工具和案例分析 58

3-5 小结 60

复习题 61

参考文献 61

习题 62

4-2电气网络的模型 72

第四章 物理系统的模型 72

4-1引言 72

4-3机械系统的模型 75

4-3-1平移运动 75

4-3-2旋转运动 77

4-3-3平移运动与旋转运动之间的转换 79

4-3-4齿轮传动链 80

4-3-5齿隙和死区（非线性特性） 82

4-4机械系统的方程 82

4-5-1电位计 87

4-5控制系统中的感应器和编码器 87

4-5-2转速计 91

4-5-3增量式编码器 93

4-6控制系统中的直流电动机 95

4-6-1直流电动机的基本操作原理 96

4-6-2永磁直流电动机的基本分类 96

4-6-3永磁直流电动机的数学模型 98

4-7非线性系统的线性化 101

4-8具有传输滞后的系统（时滞系统） 105

4-8-1通过有理函数近似表达时滞函数 106

4-9 一个太阳观测系统的例子 107

4-9-1坐标系统 108

4-9-2误差辨别器 108

4-9-3反向放大器 109

4-9-4伺服放大器 109

4-9-5转速计 109

4-9-6直流电动机 109

4-11小结 110

4-10 MATLAB工具和案例分析 110

复习题 111

参考文献 111

习题 112

第五章 状态变量分析 127

5-1引言 127

5-2状态方程的向量-矩阵描述 127

5-3状态转移矩阵 129

5-3-1状态转移矩阵的意义 130

5-3-2状态转移矩阵的性质 130

5-4状态转移方程 131

5-4-1从状态图求状态传递方程 133

5-5状态方程与高阶微分方程之间的关系 135

5-6状态方程与传递函数之间的关系 137

5-7特征方程、特征值和特征向量 139

5-7-1特征值 140

5-7-2特征向量 141

5-8相似变换 143

5-8-1相似变换的不变特性 143

5-8-2能控标准型（CCF） 144

5-8-3能观标准型（OCF） 145

5-8-4对角标准型（DCF） 147

5-8-5 Jordan标准型（JCF） 148

5-9传递函数的分解 149

5-9-1直接分解 150

5-9-2串级分解 153

5-9-3并行分解 154

5-10控制系统的能控性 156

5-10-1能控性的概念 157

5-10-2状态能控性的定义 157

5-10-3能控性的其他检验方法 158

5-11线性系统的能观性 160

5-11-1能观性的定义 160

5-11-2能观性的其他检验方法 160

5-12能控性、能观性和传递函数之间的关系 161

5-13能控性和能观性的不变性定理 163

5-14实例：磁球悬浮系统 164

5-15 MATLAB工具和案例分析 167

5-15-1状态空间分析工具箱的使用说明 167

5-15-3另一个例子 174

5-15-2状态空间应用的TFsym工具箱的使用说明 174

5-16 小结 180

复习题 181

参考文献 181

习题 181

附加计算机练习题 194

第六章 线性控制系统稳定性 195

6-1引言 195

6-2连续时间系统的有界输入、有界输出（BIBO）稳定性 195

6-2-1特征方程的根和稳定性之间的关系 196

6-3连续时间系统的零输入和渐近稳定性 197

6-4稳定性判定方法 198

6-5 Routh-Hurwitz判据 199

6-5-1 Routh表格［1］ 200

6-5-2当Routh表格提前中止时的特殊情形 201

6-6 MATLAB工具和案例分析 204

6-7小结 207

复习题 209

参考文献 209

习题 209

复习题答案 213

附加计算机练习题 213

第七章 控制系统的时域分析 214

7-1连续时间系统的时间响应：引言 214

7-2控制系统时间响应的典型测试信号 215

7-3单位阶跃响应和时域描述 216

7-4稳态误差 217

7-4-1线性连续时间控制系统的稳态误差 218

7-4-2非线性系统元件产生的稳态误差 228

7-5-1直流电动机的转速控制 229

7-5一阶系统的时间响应 229

7-6典型二阶系统的暂态响应 230

7-6-1阻尼比和阻尼因子 232

7-6-2自然无阻尼频率 232

7-6-3最大超调 235

7-6-4延迟时间和上升时间 236

7-6-5调节时间 238

7-7定位控制系统的时域分析 241

7-7-1单位阶跃暂态响应 244

7-7-2稳态响应 246

7-7-3单位斜坡输入的时间响应 247

7-7-4一个三阶系统的时间响应 248

7-8传递函数增加零极点的影响 251

7-8-1在前向通道传递函数中增加一个极点：单位反馈系统 251

7-8-2在闭环传递函数中增加一个极点 252

7-8-3在闭环传递函数中增加一个零点 254

7-8-4在前向通道传递函数中增加一个零点：单位反馈系统 254

7-9传递函数的主导极点 256

7-9-1相对阻尼比 257

7-9-2基于稳态响应的考虑，忽略次要极点的适当方法 257

7-10-1近似准则 258

7-10用低阶系统近似高阶系统：标准方法 258

7-11 MATLAB工具和案例分析 266

7-12小结 280

复习题 280

参考文献 281

习题 281

附加计算机练习题 288

判断题答案 288

8-1引言 289

第八章 根轨迹法 289

8-2根轨迹（RL）的基本性质 290

8-3根轨迹的性质 293

8-3-1 K=0和K=±∞的点 293

8-3-2 RL的分支数 294

8-3-3 RL的对称性 294

8-3-4 RL的渐近线交角：|s|=∞处RL的行为 294

8-3-5渐近线的交点（质心） 295

8-3-6实轴上的根轨迹 295

8-3-9 RL的分离点（鞍点） 296

8-3-7 RL的出射角与入射角 296

8-3-8 RL与虚轴的交点 296

8-3-10根敏感度［17,18,19］ 297

8-4根轨迹设计 300

8-4-1在G(s)H(s)中增加零极点的影响 300

8-5根轨迹族：多参数变化情形 306

8-6 MATLAB工具与根轨迹 311

8-7小结 314

复习题 314

参考文献 315

习题 316

判断题答案 320

第九章 频域分析 321

9-1引言 321

9-1-1闭环系统的频域响应 322

9-1-2频域性能指标 323

9-2标准二阶系统的Mr、wr和带宽BW 324

9-2-1谐振峰值和谐振频率 324

9-2-2带宽 326

9-3增加开环传递函数零点的影响 328

9-4增加开环传递函数极点的影响 332

9-5 Nyquist稳定性判据：基础 333

9-5-1稳定性问题 333

9-5-2环绕和包围的定义 334

9-5-3环绕和包围次数 335

9-5-4幅角原理 336

9-5-5 Nyquist曲线 339

9-5-6 Nyquist判据以及L（s）或G（s）H（s）图 340

9-6具有最小相位传递函数系统的Nyquist判据 340

9-6-1应用Nyquist判据于非严真的最小相位传递函数 341

9-7根轨迹和Nyquist图的关系 342

9-8示例：最小相位传递函数的Nyquist判据 344

9-9增加L（s）的极点和零点对Nyquist图的形状的影响 348

9-10相对稳定性：增益裕量和相位裕量 352

9-10-1增益裕量 354

9-10-2相位裕量 355

9-11用Bode图作稳定性分析 357

9-11-1具有纯时滞的系统的Bode图 358

9-12-1条件稳定系统 361

9-12 Bode图的幅值曲线的斜率与相对稳定性的关系 361

9-13用幅值－相位曲线进行稳定性分析 364

9-14幅值－相位图中的定常M曲线：Nichols图 365

9-15 Nichols图应用于非单位反馈系统 371

9-16频域中敏感度研究 372

9-17 MATLAB工具和案例分析 374

9-18小结 386

复习题 387

习题 388

参考文献 388

附加计算机练习题 396

判断题答案 396

第十章 控制系统的设计 397

10-1引言 397

10-1-1设计要求 397

10-1-2控制器结构 398

10-1-3设计的基本原则 400

10-2 PD控制器的设计 401

10-2-1 PD控制的时域分析 403

10-2-2 PD控制的频域分析 404

10-2-3 PD控制作用总结 405

10-3 PI控制器的设计 416

10-3-1 PI控制的时域分析与设计 418

10-3-2 PI控制的频域分析与设计 418

10-4 PID控制器的设计 430

10-5相位超前控制器的设计 433

10-5-1相位超前控制的时域分析及设计 435

10-5-2相位超前控制的频域分析与设计 435

10-5-3相位超前补偿的作用 450

10-5-4单阶相位超前控制的局限性 451

10-5-5多阶相位超前控制器 451

10-5-6敏感度考虑 454

10-6相位滞后控制器的设计 456

10-6-1相位滞后控制的时域分析和设计 456

10-6-2相位滞后控制的频域分析和设计 459

10-6-3相位滞后控制的作用和局限性 468

10-7超前－滞后控制器的设计 468

10-8零极点对消设计：陷波滤波器 470

10-8-1二阶有源滤波器 472

10-8-2频域解释和设计 473

10-9前向和前馈控制器 481

10-10鲁棒控制系统的设计 482

10-11次环反馈控制 491

10-11-1速率反馈或转速计反馈控制 491

10-11-2含有源滤波器的次环反馈控制 492

10-12状态反馈控制 494

10-13通过状态反馈进行极点配置设计 496

10-14含积分控制的状态反馈 500

10-15 MATLAB工具和案例分析 506

10-16小结 518

复习题 519

参考文献 519

习题 520

判断题答案 535

第十一章 虚拟实验室 536

11-1 引言 536

11-2直流电动机响应的重要方面 536

11-2-1 速度响应、自感效应和扰动-开环响应 537

11-2-2直流电动机的速度控制：闭环响应 539

11-2-3位置控制 540

11-3虚拟实验系统的描述 541

11-3-1 电动机 541

11-3-2位置传感器或速度传感器 542

11-3-3功率放大器 542

11-3-4接口 542

11-4 SIMLab和Virtual Lab软件的描述 542

11-5仿真和虚拟实验 546

11-5-1开环速度 547

11-5-2开环正弦输入 549

11-5-3速度控制 551

11-5-4位置控制 553

11-6设计项目 555

11-7小结 560

参考文献 560

习题 560

Laplace变换表 563

译后记 565