自動控制原理

目 錄
第1章 概論 1
1.1 概述 2
1.1.1 基本概念 2
1.1.2 自動控制系統的基本組成 2
1.1.3 自動控制系統的分類 3
1.1.4 自動控制系統的性能要求 7
1.2 自動控制理論發展簡史 8
應用案例1 電液伺服系統 9
小結 10
習題 10
第2章 控制系統的數學模型 12
2.1 系統的微分方程 13
2.1.1 電氣電子系統 13
2.1.2 機械系統 15
2.1.3 非線性系統的線性化 17
2.2 系統的傳遞函數 20
2.2.1 傳遞函數的定義和性質 20
2.2.2 傳遞函數的零點和極點 22
2.2.3 典型環節的傳遞函數 23
2.3 系統的結構圖 24
2.3.1 結構圖的構成和繪制 24
2.3.2 結構圖的等效變換 25
2.4 系統的信號流圖 28
2.4.1 信號流圖的繪制 29
2.4.2 梅森公式 29
2.5 MATLAB用於控制系統建模 31
應用案例2 吊車雙擺控制系統 33
小結 35
習題 36
第3章 控制系統的時域分析法 41
3.1 控制系統的典型輸入信號與性能指標 42
3.1.1 控制系統的典型輸入信號 42
3.1.2 控制系統的性能指標 43
3.2 一階系統的性能分析 44
3.2.1 一階系統的數學模型 44
3.2.2 一階系統的響應 44
3.3 二階系統的性能分析 47
3.3.1 二階系統的數學模型 47
3.3.2 二階系統的響應 48
3.3.3 二階系統的動態性能指標 50
3.3.4 零點、極點對二階系統動態性能的影響 52
3.4 線性系統的穩定性分析 54
3.4.1 線性系統的穩定性判據 54
3.4.2 線性系統的穩定性判據的應用 58
3.5 線性系統的穩態誤差分析 58
3.5.1 線性系統的給定穩態誤差 60
3.5.2 線性系統的擾動穩態誤差 62
3.5.3 減小穩態誤差的方法 63
3.6 MATLAB用於時域分析法 63
應用案例3 新型電動輪椅速度控制系統 66
小結 68
習題 68
第4章 控制系統的根軌跡分析法 71
4.1 根軌跡的基本概念 71
4.1.1 根軌跡的定義 72
4.1.2 根軌跡方程 72
4.2 根軌跡圖繪制的基本法則 74
4.2.1 180°根軌跡 75
4.2.2 0°根軌跡 82
4.2.3 參數根軌跡 84
4.3 利用根軌跡分析系統性能 85
4.3.1 在根軌跡上確定特征根 85
4.3.2 根軌跡與系統性能的關系 86
4.3.3 開環零點、開環極點對系統根軌跡的影響 86
4.3.4 主導極點與偶極子 87
4.4 MATLAB用於根軌跡分析法 88
應用案例4 直線一級倒立擺系統 91
小結 92
習題 92
第5章 控制系統的頻域分析法 95
5.1 頻率特性概述 96
5.1.1 頻率特性的基本概念 97
5.1.2 頻率特性的物理意義 99
5.1.3 頻率特性的表示方法 100
5.2 控制系統的奈奎斯特圖 102
5.2.1 典型環節的奈奎斯特圖 102
5.2.2 系統開環奈奎斯特圖的繪制 106
5.3 控制系統的伯德圖 112
5.3.1 典型環節的伯德圖 112
5.3.2 系統開環伯德圖的繪制 114
5.4 頻域穩定判據 117
5.4.1 穩定判據的數學基礎 117
5.4.2 奈奎斯特穩定判據 121
5.4.3 對數頻率穩定判據 123
5.5 穩定裕度 126
5.5.1 相位裕度 126
5.5.2 幅值裕度 127
5.6 控制系統的頻率特性分析 130
5.6.1 基於開環對數頻率特性的系統性能分析 130
5.6.2 基於閉環頻率特性的系統性能分析 132
5.6.3 開環和閉環性能指標之間的關系 134
5.7 MATLAB用於頻域分析法 135
應用案例5 中國空間站機械臂控制系統 137
小結 139
習題 140
第6章 控制系統的校正方法 143
6.1 校正的基本概念及常用的校正方法 144
6.1.1 校正的基本概念 144
6.1.2 常用的校正方法 144
6.2 串聯校正 146
6.2.1 超前校正 147
6.2.2 滯後校正 151
6.2.3 滯後-超前校正 153
6.2.4 PID校正 156
6.3 MATLAB用於控制系統校正 163
應用案例6 自動噴塗機器人控制系統 167
小結 169
習題 169
附錄A 拉普拉斯變換簡表 172
參考文獻 174