自动控制原理 - 中国高校教材图书网
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书名： |
自动控制原理
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| ISBN： | 978-7 - 5606 - 2271 -2 |
条码： | |
| 作者： |
赵四化
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装订： | 平装 |
| 印次： | 1-1 |
开本： | 16开 |
| 定价： |
￥24.00
折扣价：￥22.80
折扣：0.95
节省了1.2元
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字数： |
385千字
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| 出版社： |
西安电子科技大学出版社 |
页数： |
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| 发行编号： | 2563002-5 |
每包册数： |
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| 出版日期： |
2009-09-01 |
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| 内容简介： |
内容简介
本书是在2004年7月第1版的基础上修订而成的。
本书以经典控制理论为基础内容，系统地论述了生产过程控制中所必需的基础理论。
从控制系统的基本结构和数学模型出发，重点介绍了控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、采样系统分析法和系统校正。
全书共分8章。第1章总体介绍控制系统的发展概况，基本结构、类型及研究方法，
为后续内容提供必要的基础知识。第2章以微分方程为基础，以传递函数为手段，
主要讨论典型环节的数学模型。第3章以时域响应分析法分析系统。第4章以根轨迹法分析系统。
第5章以频域分析法分析系统。 第6章主要介绍依据频率分析方法对系统进行设计、 校正。
第7章主要介绍采样系统的基本概念以及基本的分析方法。第8章介绍状态空间分析方法。
另外还有两个附录，主要介绍拉普拉斯变换基础知识。
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| 作者简介： |
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| 章节目录： |
目 录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 自动控制理论概述 1
1.1.2 自动控制的发展历史及现状 1
1.1.3 自动控制的基本方法 2
1.1.4 控制系统的分类 5
1.1.5 控制系统的研究内容和方法 7
1.1.6 对控制系统的基本要求 7
习题 9
第2章 控制系统的数学模型 10
2.1 列写系统的微分方程 10
2.1.1 机械系统 10
2.1.2 电路系统 11
2.1.3 机电系统 11
2.1.4 非线性方程的线性化 12
2.2 传递函数 13
2.2.1 传递函数的概念 13
2.2.2 传递函数的定义 14
2.2.3 传递函数的性质 15
2.2.4 传递函数的求法 15
2.3 系统的动态结构图 16
2.3.1 动态结构图 16
2.3.2 动态结构图的绘制 17
2.3.3 动态结构图的基本连接方式 18
2.4 动态结构图的等效变换 19
2.4.1 相加点的移动 19
2.4.2 分支点的移动 20
2.5 信号流图与梅逊公式 22
2.5.1 信号流图的组成 22
2.5.2 信号流图的绘制 23
2.5.3 梅逊(S.J.Mason)公式 24
2.6 系统的传递函数 26
2.6.1 闭环控制系统的开环传递函数 26
2.6.2 给定输入信号r(t)作用下的闭环传递函数 26
2.6.3 扰动信号n(t)作用下的闭环传递函数 27
2.6.4 系统的总输出 27
2.6.5 闭环系统的误差传递函数 27
习题 28
第3章 时域分析法 32
3.1 系统性能指标及动态性能分析 32
3.1.1 典型输入信号和时域性能指标 32
3.1.2 控制系统的性能指标 34
3.2 一阶系统的时域分析 35
3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应 36
3.2.2 一阶系统的单位斜坡响应 37
3.2.3 一阶系统的单位脉冲响应 37
3.3 二阶系统的时域分析 38
3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应 38
3.3.2 二阶系统的性能指标 41
3.3.3 改善二阶系统性能的措施 44
3.4 高阶系统的时域分析 46
3.5 控制系统的稳定性分析 47
3.5.1 系统稳定的充分与必要条件 47
3.5.2 劳斯(Routh) 稳定判据 48
3.5.3 两种特殊情况 50
3.5.4 劳斯稳定判据在控制系统中的应用 51
3.6 控制系统的稳态误差分析 53
3.6.1 给定信号作用下的稳态误差及误差系数 53
3.6.2 扰动信号作用下的稳态误差 57
3.6.3 改善系统稳态精度的方法 58
习题 60
第4章 根轨迹法 63
4.1 根轨迹的基本概念 63
4.1.1 基本概念 63
4.1.2 概轨迹的特点 64
4.1.3 根轨迹方程 64
4.1.4 根轨迹方程的应用 65
4.2 绘制根轨迹的一般规则 66
4.2.1 根轨迹的分支数 66
4.2.2 根轨迹的连续性与对称性 66
4.2.3 根轨迹的起点与终点 66
4.2.4 根轨迹的渐近线 67
4.2.5 实轴上的根轨迹 68
4.2.6 根轨迹的分离点和会合点 69
4.2.7 出射角与入射角 70
4.2.8 根轨迹与虚轴的交点 71
4.2.9 闭环极点的和与积 73
4.2.10 开环增益K*的求取 74
4.3 控制系统根轨迹分析 76
4.3.1 闭环零、极点与系统的阶跃响应 76
4.3.2 利用主导极点估算系统的性能指标 77
4.3.3 通过改造根轨迹改善系统的品质 78
4.4 广义根轨迹 78
4.4.1 参数根轨迹 78
4.4.2 零度根轨迹 80
习题 82
第5章 频域分析法 84
5.1 频率特性 84
5.1.1 频率特性的概念 84
5.1.2 频率特性的图示方法 85
5.2 典型环节的频率特性 88
5.2.1 比例(放大)环节 88
5.2.2 积分环节 89
5.2.3 微分环节 90
5.2.4 惯性环节 90
5.2.5 一阶微分环节 92
5.2.6 振荡环节 93
5.3 系统开环频率特性图的绘制 96
5.3.1 系统开环频率特性函数极坐标图的绘制 96
5.3.2 系统开环对数频率特性图的绘制 97
5.3.3 根据频率特性确定传递函数 99
5.4 稳定判据 101
5.4.1 系统开环特征式和闭环特征式的关系 101
5.4.2 奈奎斯特稳定判据 101
5.4.3 对数频率稳定判据 103
5.4.4 稳定裕度 104
5.5 开环频率特性与时域指标的关系 106
习题 108
第6章 系统的校正方法 112
6.1 校正的基本概念 112
6.1.1 性能指标 112
6.1.2 校正系统的结构 113
6.2 串联校正装置的结构、特性和功能 114
6.2.1 超前校正装置 114
6.2.2 滞后校正装置 116
6.2.3 滞后—超前校正装置 117
6.3 串联校正的频率响应设计法 119
6.3.1 串联超前校正 119
6.3.2 串联滞后校正 122
6.3.3 串联滞后—超前校正 123
6.4 几种基本的控制规律 124
6.4.1 比例控制(P控制) 124
6.4.2 比例＋微分控制(PD控制) 124
6.4.3 比例＋积分控制(PI控制) 125
6.4.4 比例＋积分＋微分控制 (PID控制) 125
习题 126
第7章 线性离散系统的分析与综合 128
7.1 采样过程 128
7.2 采样周期的选择 130
7.2.1 采样定理 130
7.2.2 采样周期的选取 131
7.3 信号保持 131
7.3.1 零阶保持器 132
7.3.2 一阶保持器 133
7.4 Z变换 134
7.4.1 Z变换 134
7.4.2 Z变换的基本定理 137
7.4.3 Z反变换 139
7.5 脉冲传递函数 141
7.5.1 线性数字控制系统的开环脉冲传递函数 143
7.5.2 线性数字控制系统的闭环脉冲传递函数 146
7.6 稳定性分析 148
7.6.1 s平面与z平面的映射关系 148
7.6.2 线性数字控制系统稳定的充要条件 149
7.6.3 劳斯(Routh)稳定判据 150
7.7 线性数字控制系统的时域分析 152
7.7.1 线性数字控制系统的响应过程 152
7.7.2 线性数字控制系统的稳定误差 153
习题 156
第8章 状态空间分析方法 160
8.1 状态空间的基本概念 160
8.1.1 状态、状态变量、状态向量和状态空间 160
8.1.2 状态方程和输出方程 164
8.2 系统的状态空间表达式 166
8.2.1 由高阶微分方程式导出系统的状态空间表达式 166
8.2.2 由传递函数导出状态空间表达式 171
8.3 传递矩阵、特性方程和线性变换 179
8.3.1 传递矩阵的概念 179
8.3.2 特征方程和特征值 183
8.3.3 状态变量的非惟一性 184
8.3.4 系统特征值的不变性及系统的不变量 184
8.3.5 矩阵的对角线化——相似变换 186
8.4 线性离散系统的状态空间表达式 189
8.4.1 从高阶差分方程导出离散状态空间表达式 189
8.4.2 从脉冲传递函数导出离散状态空间表达式 192
8.4.3 连续状态方程的离散化 195
8.5 状态方程的求解及状态转移矩阵 197
8.5.1 连续线性定常系统状态方程的齐次解 197
8.5.2 状态转移矩阵 199
8.5.3 连续线性定常系统状态方程的非齐次解 202
8.5.4 线性离散系统状态方程的求解 205
8.6 线性系统的可控性和可观性 208
8.6.1 状态可控性 209
8.6.2 输出完全可控的条件 216
8.6.3 状态可观测性 217
8.6.4 对偶原理 223
8.6.5 可控性、可观测性与传递函数的关系 224
8.7 控制系统的状态空间综合法 228
8.7.1 状态反馈和极点的任意配置 228
8.7.2 状态观测器 233
8.7.3 解耦控制系统 238
习题 241
附录A 拉普拉斯变换 245
附录B 常见函数拉普拉斯变换对照表 252
参考文献 253
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| 精彩片段： |
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| 书 评： |
第 一 版 前 言
本书是为高职高专类院校通信及电子技术专业学生学习“自动控制原理”课程而编写的教材
，也可作为其他非控制类专业的备选教材。
“自动控制原理”是一门自动控制专业的基础理论课程，属于技术基础课，该课程主要阐
述经典控制理论的有关基本原理以及基本分析方法，为后继课程运用控制原理提供基础知
识。
本书以经典控制理论为基础内容，系统地论述了生产过程控制中所必需的基础理论。从控
制系统的基本结构和数学模型出发，重点介绍控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、
频域分析法、采样系统分析法和系统校正。
第8章的目的是为了增强学生动手能力的培养。考虑到目前现代控制理论的发展，本书在
附录中增加了对MATLAB语言的介绍。
在内容的安排上，为了适应高职高专层次的教学需要，本书仍按研究系统的方法独立地介
绍各章。第1章总体介绍控制系统的发展概况，基本结构、类型及研究方法，为后续内容
提供必要的基础知识。第2章以微分方程为基础，传递函数为手段，主要讨论典型环节的
数学模型。第3章以时域响应分析法分析系统。第4章以根轨迹法分析系统。第5章以频
域分析法分析系统。第6章主要介绍依据频率分析方法对系统进行设计、校正。
第7章主要介绍采样系统的基本概念以及基本分析方法。第8章介绍自动控制系统的基本实验。附录C
介绍了MATLAB语言在自动控制中的基本应用。
本书由成都电子机械高等专科学校赵四化主编。参加编写工作的还有胡俊波(成都电子机械
高等专科学校)、谭三(成都西华大学)、王琪(成都电子机械高等专科学校)、庞小琪(成都
电子机械高等专科学校)、蔡礼渊(成都电子机械高等专科学校)。成都电子机械高等专
科学校对本书的出版给予了大力的支持，在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中疏漏错误在所难免，竭诚欢迎广大读者批评指正。
编 者
2004年3月于成都
第 二 版 前 言
本书是在2004年7月第1版的基础上修订而成的。为了适应当前自动控制技术的发展和教学要求，编者在相关章节上做了调整，
如重新改写了第4章，将第8章自动控制原理实验的内容改为介绍状态空间分析方法。另外，删去了附录C，使全书内容更为紧凑。
“自动控制原理”是一门自动控制专业的基础理论课程，属于技术基础课，
该课程主要阐述经典控制理论的有关基本原理及基本分析方法，为后继课程运用控制原理提供基础知识。
本书在选材上，坚持“理论够用为度，注重实际应用为主”的理念，以经典控制理论为基础内容，系统地论述了生产过程控制中所必需的基础理论。从控制系统的基本结构和数学模型出发，
重点介绍控制系统时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、采样系统分析法和系统校正。
全书共分8章。第1章介绍控制系统的发展概况，基本结构、类型及研究方法等基础知识。
第2章以微分方程为基础，传递函数为手段，主要讨论典型环节的数学模型。第3章以时域响应分析法分析系统。
第4章以根轨迹法分析系统。第5章以频域分析法分析系统。第6章主要介绍依据频率分析方法对系统进行设计、校正。
第7章主要介绍采样系统的基本概念以及基本分析方法。 第8章介绍状态空间分析法在自动控制中的基本应用。另外还有两个附录，主要介绍拉普拉斯变换的基础知识。
本书由成都电子机械高等专科学校赵四化教授主编。 参加编写工作的有王琪（成都电子机械高等专科学校）、 易世君（成都
电子机械高等专科学校）、耿玉茹（成都电子机械高等专科学校）等。成都电子机械高等专科学校对本书的出版给予了大力的支持，
在此表示衷心的感谢。
由于编者的水平有限，书中疏漏错误在所难免，竭诚欢迎广大读者批评指正。
编 者
2009年5月于成都
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