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自动控制原理


作者:
刘小河
定价:
48.20元
ISBN:
978-7-04-038711-7
版面字数:
750.000千字
开本:
16开
全书页数:
512页
装帧形式:
平装
重点项目:
暂无
出版时间:
2014-02-07
读者对象:
高等教育
一级分类:
电气/电子信息/自动化类
二级分类:
电气/自动化专业课
三级分类:
自动控制原理

本书主要面向工程应用型自动化专业的学生,以经典控制理论为主,适当介绍现代控制理论的基本知识。全书共9章,各章内容分别为绪论、控制系统的数学模型、线性控制系统的时域分析、控制系统的根轨迹分析、控制系统的频域分析、控制系统的校正、采样控制系统、非线性控制系统、控制系统的状态空间分析与设计。

本书注重控制工程背景的描述,介绍基本分析方法时,对问题的引出给予足够的重视。在相应章节介绍了基本分析方法后,给出相应的具有工程背景的实例进行分析。全书注重介绍工程中广泛应用的PID控制方法,并在各章中均有涉及,以帮助读者掌握相关分析、设计思想方法。除基本内容外,对于非线性系统的反馈线性化方法、鲁棒性的概念,也以浅显的方式进行简单介绍,以使学生对近年来控制理论的进展有一定了解。第3章后均给出Matlab语言进行仿真计算的例子,在实例中还利用Simulink等工具箱,给出多样的仿真,帮助学生理解控制理论的基本应用。为适应不同领域应用背景的需要,除工业控制系统的实例外,对其他应用背景的控制问题也给予一定重视。

为使学生掌握基本分析方法,每章末尾集中给出具有一定难度的综合性例题,可供学生自学或习题课选用。习题采用思考题、练习题、习题、综合与设计题几种形式,以帮助学生熟悉基本概念,掌握基本方法,了解理论的工程应用,从而适应不同层次的需要。

本书可作为高等学校自动化、电气工程及其自动化等专业的教材,也可作为测控技术与仪器、机电一体化、计算机科学与技术等相关专业的教学参考书,对从事控制工程领域研究、设计和开发的工程技术人员,本书也具有较好的参考价值。

  • 前言
  • 第1章 绪论
    • 1.1 自动控制系统的组成和基本工作方式
    • 1.2 自动控制系统示例
    • 1.2.1 工业自动控制系统
    • 1.2.2 其他领域的自动控制问题
    • 1.3 自动控制系统的分类
    • 1.3.1 连续系统与离散系统
    • 1.3.2 线性系统与非线性系统
    • 1.3.3 单输入-单输出系统和多输入-多输出系统
    • 1.3.4 两类典型的反馈控制系统
    • 1.4 自动控制系统设计的基本要求
    • 1.4.1 对自动控制系统的基本要求
    • ∗1.4.2 自动控制系统设计概述
    • ∗1.5 自动控制理论的发展回顾和
    • 本书的内容简介
    • 习题
  • 第2章 控制系统的数学模型
    • 2.1 单输入-单输出线性系统的时域描述
      • 2.1.1 典型对象(环节)的微分方程
      • 2.1.2 控制系统微分方程的建立
    • 2.2 单输入-单输出线性控制系统的传递函数描述
      • ∗2.2.1 拉普拉斯(lapiace)变换及基本性质
      • 2.2.2 传递函数的定义和意义
      • 2.2.3 典型环节的传递函数
    • 2.3 动态结构图及其化简
      • 2.3.1 控制系统的动态结构图描述
      • 2.3.2 动态结构图的等效变换和化简
      • 2.3.3 闭环系统的典型传递函数
    • 2.4 信号流图
      • 2.4.1 信号流图的定义及性质
      • 2.4.2 Mason公式及应用
    • 2.5 非线性系统的线性化
      • 2.5.1 非线性系统的线性近似
      • ∗2.5.2 非线性系统反馈线性化的概念
    • 2.6 多输入-多输出控制系统的描述
      • 2.6.1 控制系统的状态变量描述
      • 2.6.2 多输入-多输出线性系统的传递函数矩阵描述
    • ∗2.7 典型控制系统的模型
      • 2.7.1 机械与机电系统
      • 2.7.2 工业过程系统
      • 2.7.3 非工程系统
    • 本章小结
    • 例题和习题
  • 第3章 线性控制系统的时域分析
    • 3.1 控制系统时域分析引论
      • 3.1.1 控制系统时域分析的基本概念
      • 3.1.2 典型输入信号
      • 3.1.3 线性系统的零状态响应
      • 3.1.4 控制系统的性能指标
    • 3.2 一阶系统分析
      • 3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应
      • 3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应
      • 3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应
      • 3.2.4 线性定常系统的重要特性
    • 3.3 二阶系统
      • 3.3.1 二阶系统的数学模型
      • 3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应
      • 3.3.3 二阶系统的性能指标分析
      • 3.3.4 二阶系统响应特性的改善
      • 3.3.5 二阶系统的脉冲响应
    • 3.4 高阶系统分析
      • 3.4.1 高阶系统的动态响应
      • 3.4.2 主导极点
    • 3.5 线性控制系统的稳定性分析
      • 3.5.1 稳定性的基本概念
      • 3.5.2 线性系统稳定性的充要条件
      • 3.5.3 劳斯判据及应用
      • 3.5.4 控制系统的相对稳定性
    • 3.6 控制系统的稳态误差
      • 3.6.1 控制系统的误差
      • 3.6.2 输入作用下的稳态误差
      • 3.6.3 静态误差系数
      • 3.6.4 扰动作用下的稳态误差
      • ∗3.6.5 减小或消除稳态误差的措施
    • 3.7 用Matlab进行动态分析
    • ∗3.8 实例分析
    • 本章小结
    • 例题和习题
  • 第4章 控制系统的根轨迹分析
    • 4.1 根轨迹的基本概念
      • 4.1.1 闭环系统的根轨迹
      • 4.1.2 根轨迹方程
    • 4.2 根轨迹的基本性质及绘图的基本规则
      • 4.2.1 根轨迹的基本性质
      • 4.2.2 根轨迹绘图的基本规则
    • 4.3 控制系统的根轨迹绘制
      • 4.3.1 单回路系统的根轨迹
      • 4.3.2 参量根轨迹
      • 4.3.3 多回路系统的根轨迹
      • 4.3.4 正反馈回路的根轨迹
    • 4.4 控制系统的根轨迹分析
      • 4.4.1 增加开环零点对根轨迹的影响
      • 4.4.2 增加开环极点对根轨迹的影响
      • 4.4.3 基本PID控制作用对根轨迹的影响
      • 4.4.4 由根轨迹分析控制系统
    • 4.5 应用Matlab绘制根轨迹
    • ∗4.6 应用根轨迹法分析和设计控制系统实例
    • 本章小结
    • 例题和习题
  • 第5章 控制系统的频域分析
    • 5.1 控制系统频率特性的基本概念
      • 5.1.1 线性系统的正弦稳态响应和频率特性
      • 5.1.2 频率特性与传递函数的关系
      • 5.1.3 频率特性的数学表示
    • 5.2 典型环节的频率特性
      • 5.2.1 比例、微分和积分环节
      • 5.2.2 惯性环节和一阶微分环节
      • 5.2.3 二阶振荡环节
      • 5.2.4 二阶微分环节
      • 5.2.5 滞后环节
    • 5.3 控制系统的开环频率特性
      • 5.3.1 开环对数频率特性
      • 5.3.2 开环幅相图
      • 5.3.3 最小相位系统和非最小相位系统
    • 5.4 控制系统的频域稳定性判据
      • 5.4.1 开环极点与闭环极点
      • 5.4.2 幅角原理和奈奎斯特判据
      • 5.4.3 奈奎斯特判据应用于I型和II型系统
      • 5.4.4 应用伯德图判断稳定性
      • 5.4.5 相对稳定性和稳定裕量
    • 5.5 利用对数开环频率特性分析控制系统性能
      • 5.5.1 L(ω)的低频渐近线与系统的稳态误差
      • 5.5.2 L(ω)的中频段斜率与系统的稳定性
      • ∗5.5.3 开环频率特性与系统的动态性能指标
    • 5.6 控制系统的闭环频率特性
      • 5.6.1 闭环频率特性绘制的基本方法
      • 5.6.2 闭环频率特性的特征
    • 5.7 频率特性的实验确定
    • 5.8 利用Matlab进行频率特性分析
      • 5.8.1 用Matlab作伯德图
      • 5.8.2 用Matlab绘制奈奎斯特图
    • ∗5.9 实例分析
    • 本章小结
    • 例题和习题
  • 第6章 控制系统的校正
    • 6.1 校正的基本概念
      • 6.1.1 为什么要对控制系统进行校正
      • 6.1.2 校正方式的分类
      • 6.1.3 控制系统校正的性能指标
      • 6.1.4 校正设计方法
    • 6.2 工业基本控制方法的分析
      • 6.2.1 PD控制
      • 6.2.2 PI控制
      • 6.2.3 PID控制
      • ∗6.2.4 PID控制器的调节法则
      • ∗6.2.5 PID控制方案的修正
      • ∗6.2.6 PID控制的鲁棒性分析
    • 6.3 常用校正装置及其特性
      • 6.3.1 超前校正装置
      • 6.3.2 滞后校正装置
      • 6.3.3 滞后-超前校正装置
    • 6.4 控制系统频率法校正示例
      • 6.4.1 超前校正
      • 6.4.2 滞后校正
      • ∗6.4.3 滞后-超前校正
    • 6.5 并联反馈校正
      • 6.5.1 反馈校正的原理
      • 6.5.2 并联反馈校正的特点
    • 本章小结
    • 习题
  • 第7章 采样控制系统
    • 7.1 引言
    • 7.2 采样和保持
      • 7.2.1 采样过程及其数学描述
      • 7.2.2 采样定理
      • 7.2.3 保持器
    • 7.3 Z变换
      • 7.3.1 Z变换的定义
      • 7.3.2 由拉氏变换求对应采样信号的Z变换
      • 7.3.3 Z变换的性质
      • 7.3.4 逆Z变换
    • 7.4 离散系统的数学模型及时域分析
      • 7.4.1 离散系统的差分方程
      • 7.4.2 脉冲传递函数的定义
      • 7.4.3 采样控制系统的脉冲传递函数
      • 7.4.4 离散系统的时域分析
      • 7.4.5 闭环系统脉冲传递函数极点与动态响应特征关系
    • 7.5 采样控制系统的稳定性分析
      • 7.5.1 离散系统稳定性的条件
      • 7.5.2 双线性变换与劳斯稳定判据
      • 7.5.3 采样周期与开环增益对稳定性的影响
    • 7.6 采样控制系统的稳态误差
      • 7.6.1 采样控制系统的误差传递函数
      • 7.6.2 采样控制系统的稳态误差与静态误差系数
    • 7.7 带有数字计算机控制器的闭环系统
      • 7.7.1 数字PID控制器的实现
      • 7.7.2 由连续控制器到数字控制器的转换
    • ∗7.8 实例分析
    • 本章小结
    • 例题和习题
  • 第8章 非线性控制系统
    • 8.1 基本概念
      • 8.1.1 非线性系统的特点
      • 8.1.2 典型非线性特性及对系统性能的影响
      • 8.1.3 非线性系统的分析方法
    • 8.2 非线性系统的相平面分析方法
      • 8.2.1 线性二阶系统奇点的类型
      • 8.2.2 用奇点类型分析非线性系统平衡点的局部相轨迹
      • 8.2.3 一类非线性系统的相平面分析
      • 8.2.4 绘制相平面轨迹的等倾线法
      • 8.2.5 极限环
    • 8.3 描述函数分析法
      • 8.3.1 描述函数的概念
      • 8.3.2 典型非线性特性的描述函数
      • 8.3.3 用描述函数法分析非线性系统
    • ∗8.4 非线性控制系统的反馈线性化设计方法概述
    • 本章小结
    • 习题
  • 第9章 控制系统的状态空间分析与设计
    • 9.1 线性定常控制系统的状态
    • 变量描述及求解
      • 9.1.1 线性定常连续系统的状态变量描述
      • 9.1.2 状态空间描述与传递函数阵的相互转换
      • 9.1.3 线性定常连续系统状态方程解的形式
      • 9.1.4 矩阵指数函数的求解方法
      • 9.1.5 线性离散系统的状态方程及其求解
    • 9.2 线性系统的可控性和可观测性
      • 9.2.1 可控性和可观测性的概念
      • 9.2.2 线性连续系统的可控性和可观测性判据
      • ∗9.2.3 单输入-单输出线性系统的可控性和可观测性规范型
    • ∗9.3 李亚普诺夫稳定性分析
      • 9.3.1 李亚普诺夫稳定性的基本概念
      • 9.3.2 李雅普诺夫直接法的基本定理
      • 9.3.3 线性定常系统的稳定性判据
      • 9.3.4 按首次近似决定非线性系统稳定性
    • 9.4 线性系统状态空间法综合设计
      • 9.4.1 状态反馈和输出反馈
      • 9.4.2 状态反馈极点配置
      • ∗9.4.3 状态观测器及其设计
    • 本章小结
    • 例题和习题
  • 部分习题答案
  • 参考文献
  • 版权

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