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自动控制原理——经典控制


作者:
王燕舞主编;张征,刘骁康,樊慧津,刘磊参编
定价:
57.00元
ISBN:
978-7-04-059400-3
版面字数:
540.000千字
开本:
16开
全书页数:
暂无
装帧形式:
平装
重点项目:
暂无
出版时间:
2023-01-29
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

本书围绕自动控制原理的经典控制理论进行讨论。全书共分6章,主要内容包括自动控制原理概论;自动控制系统的微分方程模型、传递函数、结构图和信号流图;线性定常系统的稳定性、动态性能和稳态性能分析,基于时域分析的控制系统设计、基于时域分析的系统辨识;根轨迹的绘制、线性系统的根轨迹分析法;线性系统的频率特性、奈奎斯特稳定判据、相对稳定性、闭环频率特性的绘制、频域响应分析、基于频率特性的系统辨识;线性系统的校正思路与常用的校正装置、串联校正、反馈校正、PID控制器及其校正等。本书系统深入地引导读者探讨系统分析与设计的内在机理,旨在培养读者的辩证思维能力、钻研精神和创新意识。

本书编者参与建设的“自动控制原理”MOOC于2017年入选国家精品在线开放课程,于2020年入选首批国家级一流本科课程线上线下混合式一流课程。本书配套建设了系列二维码电子资源,课程重点内容、重点例题、拓展阅读资料、MATLAB仿真设计等均可通过扫描二维码在线同步学习。此外,读者也可以登录“中国大学MOOC”网站或“爱课程”网站,自主学习华中科技大学开设的“自动控制原理”MOOC。

本书可作为高等院校自动化、测控技术与仪器、船舶与海洋工程、能源与动力工程等相关专业的教科书,亦可作为从事自动控制相关专业的工程技术人员自学参考书。

  • 前辅文
  • 第1章 自动控制原理概论
    • 1.1 引言
    • 1.2 自动控制系统简介
      • 1.2.1 自动控制的研究背景与意义
      • 1.2.2 自动控制系统的基本构成
      • 1.2.3 自动控制系统的分类
        • 1.2.3.1 按信号的传递路径分类
        • 1.2.3.2 按系统输入信号的变化规律分类
        • 1.2.3.3 按系统传递信号的性质分类
        • 1.2.3.4 按系统变量是否仅是时间的函数分类
        • 1.2.3.5 按输入输出变量的个数分类
        • 1.2.3.6 按系统参数是否随时间发生变化分类
        • 1.2.3.7 按数学模型是否满足叠加原理分类
    • 1.3 自动控制系统的基本要求
    • 1.4 自动控制知识体系的发展历史
      • 1.4.1 前期控制
      • 1.4.2 经典控制
      • 1.4.3 现代控制
      • 1.4.4 当代控制
    • 1.5 课程基本框架
    • 1.6 本章小结
  • 第2章 控制系统的数学模型
    • 2.1 引言
    • 2.2 控制系统的微分方程模型
      • 2.2.1 微分方程模型及其标准形式
      • 2.2.2 微分方程模型的建立示例
    • 2.3 非线性微分方程的线性化
      • 2.3.1 线性化的方法与条件
      • 2.3.2 线性化示例
    • 2.4 控制系统的传递函数
      • 2.4.1 传递函数的定义与表示形式
      • 2.4.2 线性定常系统的一个重要特性
      • 2.4.3 传递函数的求解
        • 2.4.3.1 由原理图或微分方程模型求系统的传递函数
        • 2.4.3.2 零初始条件下由输出响应求传递函数
        • 2.4.3.3 非零初始条件下由输出响应求传递函数
      • 2.4.4 由传递函数求系统的输出响应
      • 2.4.5 传递函数的性质
      • 2.4.6 典型环节的传递函数
    • 2.5 控制系统的结构图
      • 2.5.1 结构图的基本组成
      • 2.5.2 由系统的原理图绘制结构图
      • 2.5.3 结构图的基本连接方式
      • 2.5.4 结构图的等效变换准则
      • 2.5.5 结构图等效化简示例
      • 2.5.6 控制系统中常用的几个传递函数
    • 2.6 信号流图
      • 2.6.1 信号流图的基本组成
      • 2.6.2 信号流图的绘制
      • 2.6.3 梅森公式
    • 2.7 基于MATLAB的数学模型仿真
    • 2.8 本章小结
    • 习题
  • 第3章 控制系统的时域分析
    • 3.1 引言
    • 3.2 典型输入信号
    • 3.3 线性定常系统的稳定性
      • 3.3.1 稳定性与单位脉冲响应
      • 3.3.2 稳定性与闭环特征根
      • 3.3.3 劳斯判据
        • 3.3.3.1 劳斯判据的基本结论
        • 3.3.3.2 劳斯判据的特殊情况
        • 3.3.3.3 劳斯判据的特殊情况
        • 3.3.3.4 劳斯判据的应用
      • 3.3.4 赫尔维茨判据
    • 3.4 线性定常系统的动态性能
      • 3.4.1 动态性能指标的定义
      • 3.4.2 一阶系统的动态性能
      • 3.4.3 典型二阶系统的动态性能
        • 3.4.3.1 典型二阶系统的单位阶跃响应
        • 3.4.3.2 欠阻尼二阶系统的动态性能
        • 3.4.3.3 欠阻尼二阶系统动态性能求解示例
      • 3.4.4 含闭环零点的二阶系统动态性能
      • 3.4.5 高阶系统的动态性能
    • 3.5 线性定常系统的稳态性能
      • 3.5.1 稳态误差的定义
      • 3.5.2 有用输入下稳态误差与静态误差系数
      • 3.5.3 有用输入下稳态误差的动态误差系数法
      • 3.5.4 扰动输入下控制系统的稳态误差
      • 3.5.5 降低稳态误差的措施
        • 3.5.5.1 开环增益与积分环节的作用
        • 3.5.5.2 复合控制的作用
        • 3.5.5.3 局部反馈控制的作用
    • 3.6 基于时域分析的控制系统设计
      • 3.6.1 通过调节参数实现系统设计
      • 3.6.2 采用速度反馈实现系统设计
      • 3.6.3 采用复合控制实现系统设计
      • 3.6.4 其他控制方式实现系统设计
      • 3.6.5 基于输出响应的系统辨识
    • 3.7 利用MATLAB进行系统的时域分析
    • 3.8 本章小结
    • 习题
  • 第4章 根轨迹
    • 4.1 引言
      • 4.1.1 根轨迹图及相关基本概念
      • 4.1.2 开环零极点与闭环零极点间的关系
    • 4.2 180°根轨迹与普通根轨迹的绘制
      • 4.2.1 典型反馈控制系统的幅值条件和相角条件
      • 4.2.2 规则一:根轨迹的分支数、连续性和对称性
      • 4.2.3 规则二:根轨迹的起点和终点
      • 4.2.4 规则三:实轴上的根轨迹
      • 4.2.5 规则四:根轨迹的渐近线
      • 4.2.6 规则五:起始角与终止角
      • 4.2.7 规则六:根轨迹的分离点和分离角
      • 4.2.8 规则七:根轨迹与虚轴的交点
      • 4.2.9 规则八:根之和与根之积
      • 4.2.10 开环零极点相消时的根轨迹图
      • 4.2.11 根轨迹图中复数部分曲线形状的判断
      • 4.2.12 普通根轨迹图示例
        • 4.2.12.1 开环极点的分布对根轨迹图的影响
        • 4.2.12.2 开环重极点时的根轨迹图
        • 4.2.12.3 根轨迹图中的分离点示例
      • 4.2.13 根轨迹绘制规则的局限性
    • 4.3 0°根轨迹与广义根轨迹的绘制
      • 4.3.1 0°根轨迹的绘制规则
      • 4.3.2 正反馈系统的根轨迹
      • 4.3.3 参数根轨迹
      • 4.3.4 非最小相位系统的根轨迹
    • 4.4 线性系统的根轨迹分析法
      • 4.4.1 根据根轨迹图分析控制系统的性能
        • 4.4.1.1 基于根轨迹图的性能分析思路
        • 4.4.1.2 基于一般形状根轨迹图的性能分析
        • 4.4.1.3 基于圆形根轨迹图的性能分析
        • 4.4.1.4 基于射线根轨迹图的性能分析
      • 4.4.2 增加开环零点对根轨迹的影响
      • 4.4.3 增加开环极点对根轨迹的影响
    • 4.5 利用MATLAB绘制系统的根轨迹图
    • 4.6 本章小结
    • 习题
  • 第5章 线性系统的频域分析
    • 5.1 引言
    • 5.2 频率特性
      • 5.2.1 频率特性的概念
      • 5.2.2 频率特性的表示方法
        • 5.2.2.1 频率特性的解析表示
        • 5.2.2.2 幅相特性曲线
        • 5.2.2.3 对数频率特性图
      • 5.2.3 典型环节的频率特性
        • 5.2.3.1 比例环节
        • 5.2.3.2 积分环节
        • 5.2.3.3 微分环节
        • 5.2.3.4 惯性环节
        • 5.2.3.5 一阶微分(比例微分)环节
        • 5.2.3.6 振荡环节
        • 5.2.3.7 二阶微分环节
        • 5.2.3.8 延迟环节
        • 5.2.3.9 不稳定环节
    • 5.3 开环频率特性
      • 5.3.1 幅相曲线的绘制
        • 5.3.1.1 最小相位系统幅相曲线的规律
        • 5.3.1.2 绘制幅相曲线的步骤
        • 5.3.1.3 最小相位系统的幅相曲线示例
        • 5.3.1.4 非最小相位系统的幅相曲线示例
        • 5.3.1.5 开环极点具有纯虚根时幅相曲线的绘制
        • 5.3.1.6 时滞系统的幅相曲线示例
      • 5.3.2 Bode图的绘制
        • 5.3.2.1 Bode图的绘制规律与步骤
        • 5.3.2.2 绘制最小相位系统的Bode图示例
        • 5.3.2.3 绘制非最小相位系统的Bode图示例
      • 5.3.3 根据频率特性进行系统辨识
        • 5.3.3.1 最小相位系统的辨识
        • 5.3.3.2 非最小相位系统的辨识
    • 5.4 辐角原理与奈奎斯特稳定判据
      • 5.4.1 辐角原理
      • 5.4.2 奈奎斯特稳定判据
      • 5.4.3 奈奎斯特稳定判据的应用
        • 5.4.3.1 虚轴上无开环极点时奈氏判据的应用示例
        • 5.4.3.2 开环极点具有纯虚根时奈氏判据的应用示例
      • 5.4.4 奈氏曲线穿过(-1,j0)点时的稳定判据
      • 5.4.5 奈奎斯特稳定判据的推广
        • 5.4.5.1 奈氏判据在幅相曲线上的应用
        • 5.4.5.2 奈氏判据在Bode图上的应用
      • 5.4.6 零极点相消时的奈奎斯特稳定判据
    • 5.5 控制系统的相对稳定性
      • 5.5.1 相对稳定性的定义
      • 5.5.2 相对稳定性的求解方法
      • 5.5.3 相对稳定性的求解示例
    • 5.6 闭环频率特性的绘制
      • 5.6.1 向量作图法
      • 5.6.2 等M圆图与闭环幅频特性
      • 5.6.3 等N圆图与闭环相频特性
      • 5.6.4 尼科尔斯图线
      • 5.6.5 非单位反馈系统的闭环频率特性
    • 5.7 频域响应分析
      • 5.7.1 闭环频率特性指标的定义
      • 5.7.2 一阶系统频域与时域性能指标的关系
        • 5.7.2.1 剪切频率、系统带宽和调整时间的关系
        • 5.7.2.2 一阶系统频域分析示例
      • 5.7.3 二阶系统频域与时域性能指标的关系
        • 5.7.3.1 谐振峰值Mr与超调量σp的关系
        • 5.7.3.2 谐振频率ωr与时域性能指标tp、ts的关系
        • 5.7.3.3 系统带宽ωb与时域性能指标tp、ts的关系
        • 5.7.3.4 相角裕度γ与阻尼比ζ的关系
        • 5.7.3.5 剪切频率ωc与调整时间ts的关系
        • 5.7.3.6 二阶系统频域性能示例
      • 5.7.4 高阶系统频域与时域性能指标的关系
        • 5.7.4.1 零频值 M(0)与系统无差度v的关系
        • 5.7.4.2 谐振峰值Mr与相角裕度γ的关系
        • 5.7.4.3 高阶系统的频域响应分析
    • 5.8 基于MATLAB的频域分析
    • 5.9 本章小结
    • 习题
  • 第6章 线性系统的校正
    • 6.1 引言
    • 6.2 综合与校正的基本概念与思路
      • 6.2.1 校正的基本方式
      • 6.2.2 频率法校正的基本思想
    • 6.3 常用校正装置及其特性
      • 6.3.1 超前校正网络
      • 6.3.2 滞后校正网络
      • 6.3.3 滞后-超前校正网络
      • 6.3.4 有源校正网络
    • 6.4 串联校正
      • 6.4.1 串联超前校正
      • 6.4.2 串联滞后校正
      • 6.4.3 串联滞后-超前校正
      • 6.4.4 期望频率特性法校正
      • 6.4.5 串联校正示例
        • 6.4.5.1 校正装置与对数频率特性
        • 6.4.5.2 超前校正与期望频率特性法
        • 6.4.5.3 滞后校正与期望频率特性法
        • 6.4.5.4 超前校正与滞后校正
        • 6.4.5.5 滞后-超前校正与期望频率特性法
        • 6.4.5.6 四种串联校正方法的对比
        • 6.4.5.7 串联校正与时域设计法
    • 6.5 反馈校正
      • 6.5.1 基于内回路大幅值近似关系的反馈校正设计
      • 6.5.2 固定结构的反馈校正设计
    • 6.6 PID控制器及其校正
      • 6.6.1 PID控制作用分析
      • 6.6.2 基于频率法的PID控制器设计
      • 6.6.3 基于齐格勒-尼科尔斯法则的PID控制器设计
        • 6.6.3.1 动态响应法
        • 6.6.3.2 临界增益法
      • 6.6.4 基于时域分析的PID控制器设计
    • 6.7 MATLAB的应用
    • 6.8 本章小结
    • 习题
  • 附录1 常用的拉氏变换关系
  • 附录2 e-x的派德 (Pade)近似式
  • 附录3 常用无源校正装置
  • 附录4 常用有源校正装置
  • 参考文献

相关图书