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自动控制原理


作者:
曹政才
定价:
47.00 元
版面字数:
560.00千字
开本:
16开
装帧形式:
平装
页数:
364
最新
印次时间:
2025年07月
ISBN:
978-7-04-059114-9
物料号:
59114-00
出版时间:
2022-12-09
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

本书系统地介绍了自动控制的基本理论、工程分析和设计的方法,内容涵盖了经典控制理论和现代控制理论的内容。本书共分为! 章,主要包括自动控制的概述、控制系统的数学模型、线性控制系统的时域分析、根轨迹分析法、频率特性分析法、状态空间分析设计方法、离散控制系统、非线性系统分析等内容。本书包含各章部分例题的仿真程序和其他类型的丰富的数字化资源,通过扫描二维码,可实现在线学习。

本书注重塑造读者的工程应用思维,将控制理论与工程实践相结合,采用塔吊系统作为工程实例,将其控制问题贯穿到每一章中。全书着力构建课程思政的育人格局,在每章开头引入与本章知识点相关的名言警句,具有点题与发人深思的意义;每章结尾处通过二维码数字化资源引入与本章知识点密切关联的科学家生平介绍,同时回顾相关控制学科技术的发展历程,达到激发和塑造读者科学智慧与人文精神的目的。

本书既可以作为高校“自动控制原理”和“控制工程基础”课程的教材,也可供控制工程相关方向的研究人员及工程师参考。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第1章 自动控制的概述
        • 1.1 自动控制系统
          • 1.2 自动控制的基本方式
            • 1.3 控制系统的性能评估
              • 1.4 本书梗概
                • 1.5 习题
                • 第2章 控制系统的数学模型
                  • 2.1 常微分方程模型
                    • 2.1.1 机械动力系统
                      • 2.1.2 电气网络系统
                        • 2.1.3 流体液位控制系统
                        • 2.2 传递函数
                          • 2.2.1 传递函数的定义与性质
                            • 2.2.2 典型环节及其传递函数
                              • 2.2.3 方块图
                                • 2.2.4 信号流图
                                • 2.3 状态空间模型
                                  • 2.3.1 状态空间表达式
                                    • 2.3.2 模型间的互相转化
                                    • 2.4 控制系统实例——塔吊模型
                                      • 2.5 本章小结
                                        • 2.6 习题
                                        • 第3章 线性控制系统的时域分析
                                          • 3.1 典型输入信号与系统响应
                                            • 3.1.1 典型输入信号
                                              • 3.1.2 系统响应的性能指标
                                              • 3.2 典型控制系统时域分析
                                                • 3.2.1 一阶系统响应
                                                  • 3.2.2 二阶系统响应
                                                    • 3.2.3 高阶系统的动态响应
                                                    • 3.3 控制系统的稳定性及其判据
                                                      • 3.3.1 稳定性的概念
                                                        • 3.3.2 劳斯稳定判据
                                                          • 3.3.3 劳斯稳定判据的应用
                                                          • 3.4 控制系统的稳态误差分析
                                                            • 3.4.1 给定稳态误差的计算
                                                              • 3.4.2 扰动稳态误差计算
                                                              • 3.5 常规控制规律对系统控制质量的影响
                                                                • 3.5.1 比例控制
                                                                  • 3.5.2 比例微分控制
                                                                    • 3.5.3 比例积分控制
                                                                    • 3.6 状态方程的求解与响应分析
                                                                      • 3.6.1 零输入响应
                                                                        • 3.6.2 零状态响应
                                                                          • 3.6.3 系统的总响应
                                                                          • 3.7 本章小结
                                                                            • 3.8 习题
                                                                            • 第4章 根轨迹分析法
                                                                              • 4.1 反馈系统的根轨迹
                                                                                • 4.2 根轨迹的特性及绘制法则
                                                                                  • 4.2.1 模值条件与相角条件
                                                                                    • 4.2.2 根轨迹绘制法则
                                                                                    • 4.3 广义根轨迹
                                                                                      • 4.3.1 参数根轨迹
                                                                                        • 4.3.2 零度根轨迹
                                                                                        • 4.4 利用根轨迹分析系统性能
                                                                                          • 4.4.1 利用根轨迹计算系统性能指标
                                                                                            • 4.4.2 利用根轨迹确定系统参数
                                                                                              • 4.4.3 利用根轨迹进行系统分析的基本原则
                                                                                              • 4.5 利用根轨迹法进行控制系统校正
                                                                                                • 4.5.1 使用超前校正的设计
                                                                                                  • 4.5.2 使用滞后校正的设计
                                                                                                  • 4.6 控制系统实例——塔吊模型
                                                                                                    • 4.7 本章小结
                                                                                                      • 4.8 习题
                                                                                                      • 第5章 频率特性分析法
                                                                                                        • 5.1 系统的频率特性
                                                                                                          • 5.1.1 频率特性函数
                                                                                                            • 5.1.2 关于频率特性函数的几点说明
                                                                                                            • 5.2 典型环节频率特性的图解表示方法
                                                                                                              • 5.2.1 极坐标图与Bode图
                                                                                                                • 5.2.2 典型环节的频率特性曲线
                                                                                                                  • 5.2.3 极坐标图与Bode图的绘制方法
                                                                                                                  • 5.3 奈奎斯特(Nyquist)稳定判据
                                                                                                                    • 5.3.1 幅角原理
                                                                                                                      • 5.3.2 闭环传递函数的分母多项式
                                                                                                                        • 5.3.3 奈奎斯特稳定判据
                                                                                                                          • 5.3.4 D形围线穿过F(s)奇点的情况
                                                                                                                            • 5.3.5 奈奎斯特稳定判据的本质
                                                                                                                            • 5.4 稳定裕度
                                                                                                                              • 5.5 系统带宽
                                                                                                                                • 5.6 利用频率特性进行控制系统校正
                                                                                                                                  • 5.6.1 串联超前校正
                                                                                                                                    • 5.6.2 串联滞后校正
                                                                                                                                      • 5.6.3 串联滞后-超前校正
                                                                                                                                      • 5.7 本章小结
                                                                                                                                        • 5.8 习题
                                                                                                                                        • 第6章 状态空间分析设计方法
                                                                                                                                          • 6.1 线性定常系统的能控性与能观性
                                                                                                                                            • 6.1.1 能控性的定义
                                                                                                                                              • 6.1.2 能控性判据
                                                                                                                                                • 6.1.3 能观性的定义
                                                                                                                                                  • 6.1.4 能观性判据
                                                                                                                                                    • 6.1.5 对偶原理
                                                                                                                                                      • 6.1.6 单输入-单输出系统的能控规范型和能观规范型
                                                                                                                                                        • 6.1.7 结构分解
                                                                                                                                                        • 6.2 线性系统的状态反馈与极点配置
                                                                                                                                                          • 6.2.1 状态反馈与输出反馈
                                                                                                                                                            • 6.2.2 状态反馈极点配置
                                                                                                                                                              • 6.2.3 输出反馈极点配置
                                                                                                                                                              • 6.3 状态观测器的设计
                                                                                                                                                                • 6.3.1 全维状态观测器
                                                                                                                                                                  • 6.3.2 降维状态观测器
                                                                                                                                                                    • 6.3.3 具有观测器的状态反馈控制系统
                                                                                                                                                                    • 6.4 控制系统实例——塔吊模型
                                                                                                                                                                      • 6.5 本章小结
                                                                                                                                                                        • 6.6 习题
                                                                                                                                                                        • 第7章 离散控制系统
                                                                                                                                                                          • 7.1 信号的采样与复现
                                                                                                                                                                            • 7.1.1 采样
                                                                                                                                                                              • 7.1.2 复现
                                                                                                                                                                              • 7.2 z变换
                                                                                                                                                                                • 7.2.1 z变换定义
                                                                                                                                                                                  • 7.2.2 z变换的性质
                                                                                                                                                                                    • 7.2.3 z反变换
                                                                                                                                                                                    • 7.3 线性离散系统的数学描述
                                                                                                                                                                                      • 7.3.1 差分方程
                                                                                                                                                                                        • 7.3.2 脉冲传递函数
                                                                                                                                                                                        • 7.4 离散控制系统的稳定性
                                                                                                                                                                                          • 7.4.1 特征根判定法
                                                                                                                                                                                            • 7.4.2 劳斯判据
                                                                                                                                                                                              • 7.4.3 奈氏判据
                                                                                                                                                                                                • 7.4.4 朱利判据
                                                                                                                                                                                                • 7.5 离散控制系统的性能分析
                                                                                                                                                                                                  • 7.5.1 离散控制系统的动态性能分析
                                                                                                                                                                                                    • 7.5.2 离散控制系统的稳态性能分析
                                                                                                                                                                                                    • 7.6 数字控制器设计
                                                                                                                                                                                                      • 7.6.1 模拟化设计方法
                                                                                                                                                                                                        • 7.6.2 数字化设计方法
                                                                                                                                                                                                        • 7.7 本章小结
                                                                                                                                                                                                          • 7.8 习题
                                                                                                                                                                                                          • 第8章 非线性系统分析
                                                                                                                                                                                                            • 8.1 非线性系统概述
                                                                                                                                                                                                              • 8.1.1 常见的非线性因素
                                                                                                                                                                                                                • 8.1.2 非线性系统的运动规律特点
                                                                                                                                                                                                                  • 8.1.3 研究非线性系统的必要性
                                                                                                                                                                                                                  • 8.2 非线性系统的线性化分析
                                                                                                                                                                                                                    • 8.2.1 反馈线性化
                                                                                                                                                                                                                      • 8.2.2 近似线性化
                                                                                                                                                                                                                      • 8.3 非线性系统的经典工程分析方法
                                                                                                                                                                                                                        • 8.3.1 相平面法
                                                                                                                                                                                                                          • 8.3.2 描述函数法
                                                                                                                                                                                                                          • 8.4 李雅普诺夫稳定性分析
                                                                                                                                                                                                                            • 8.4.1 李雅普诺夫稳定性的基本概念
                                                                                                                                                                                                                              • 8.4.2 李雅普诺夫直接法
                                                                                                                                                                                                                                • 8.4.3 李雅普诺夫间接法
                                                                                                                                                                                                                                • 8.5 本章小结
                                                                                                                                                                                                                                  • 8.6 习题
                                                                                                                                                                                                                                  • 附录A 拉普拉斯变换
                                                                                                                                                                                                                                    • A.1 定义
                                                                                                                                                                                                                                      • A.2 性质
                                                                                                                                                                                                                                        • A.3 拉普拉斯反变换
                                                                                                                                                                                                                                        • 附录B 傅里叶级数和变换
                                                                                                                                                                                                                                          • B.1 傅里叶级数
                                                                                                                                                                                                                                            • B.2 傅里叶变换
                                                                                                                                                                                                                                              • B.3 性质
                                                                                                                                                                                                                                              • 附录C z变换
                                                                                                                                                                                                                                                • C.1 z变换的定义
                                                                                                                                                                                                                                                  • C.2 z变换的性质
                                                                                                                                                                                                                                                    • C.3 z反变换
                                                                                                                                                                                                                                                    • 附录D 控制系统的MATLAB仿真分析
                                                                                                                                                                                                                                                      • D.1 基于MATLAB的传递函数模型
                                                                                                                                                                                                                                                        • D.1.1 传递函数模型
                                                                                                                                                                                                                                                          • D.1.2 串联连接结构
                                                                                                                                                                                                                                                            • D.1.3 并联连接结构
                                                                                                                                                                                                                                                              • D.1.4 反馈系统结构的化简
                                                                                                                                                                                                                                                              • D.2 基于MATLAB的系统时域分析与设计
                                                                                                                                                                                                                                                                • D.2.1 基于MATLAB的时域响应
                                                                                                                                                                                                                                                                  • D.2.2 基于MATLAB的时域响应性能分析
                                                                                                                                                                                                                                                                  • D.3 基于MATLAB的系统根轨迹分析
                                                                                                                                                                                                                                                                    • D.3.1 绘制根轨迹
                                                                                                                                                                                                                                                                      • D.3.2 找到根轨迹上的定位点
                                                                                                                                                                                                                                                                      • D.4 基于MATLAB的系统频域分析
                                                                                                                                                                                                                                                                        • D.4.1 绘制系统的Nyquist曲线
                                                                                                                                                                                                                                                                          • D.4.2 绘制系统的Bode图
                                                                                                                                                                                                                                                                            • D.4.3 获取幅值裕度和相位裕度
                                                                                                                                                                                                                                                                            • D.5 基于MATLAB的系统状态空间分析与设计
                                                                                                                                                                                                                                                                              • D.5.1 状态空间模型表示
                                                                                                                                                                                                                                                                                • D.5.2 稳定性、能控性、能观性分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • D.5.3 系统极点配置
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • D.6 基于MATLAB的离散系统分析与设计
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • D.6.1 z变换及其反变换函数
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • D.6.2 离散系统传递函数模型
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • D.7 基于MATLAB的非线性系统分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 参考文献

                                                                                                                                                                                                                                                                                      相关图书