21世紀電氣信息學科立體化系列教材：自動控制原理（第2版）

　　《21世紀電氣信息學科立體化系列教材：自動控制原理（第2版）》是為適應應用型本科電子信息科學類、儀器儀表類、電氣信息類、自動控制類及電機類各專業的教學需要而編寫的。在當今的社會生活中，自動控制技術已經廣泛應用於工農業生產、交通運輸、航空航天和國防建設等各個領域，自動化控制裝置無所不在。特別是計算機技術的迅猛發展，使得一些高要求的控制方法得以實現，自動控制技術迅速普及。可以說，自動控制技術對科學技術現代化的發展作出了重要貢獻。自動控制原理是自動控制技術的理論基礎，是自動化及其相關專業的基礎課。

1 緒論
1.1自動控制理論的形成與發展
1.1.1 經典控制理論階段
1.1.2現代控制理論階段
1.1.3智能控制理論階段
1.2自動控制系統的基本概念
1.2.1人工控制與自動控制的比較
1.2.2開環控制系統
1.2.3閉環控制系統
1.2.4復合控制系統
1.3自動控制系統的基本構成
1.3.1自動控制系統的基本環節
1.3.2自動控制系統的基本變量
1.4自動控制系統的分類
1.4.1線性系統與非線性系統
1.4.2連續系統與離散系統
1.4.3恆值系統與隨動系統
1.4.4單輸入、輸出系統與多輸入、輸出系統
1.4.5確定性系統與不確定性系統
1.4.6集中參數系統與分佈參數系統
1.5自動控制系統的基本要求
1.5.1穩定系統的判別及穩定性的要求
1.5.2動態特性
1.5.3靜態特性
1.6教學內容與要求
1.6.1教學內容
1.6.2基本要求
本章小結
習題

2 控制系統的數學模型
2.1線性系統的微分方程
2.2非線性系統的線性化
2.3傳遞函數
2.3.1傳遞函數的定義
2.3.2傳遞函數的基本性質
2.3.3典型環節的傳遞函數
2.4方框圖及其變換
2.4.1方框圖
自動控制原理
2.4.2方框圖的等效變換
2.5信號流圖及其應用
2.5.1信號流圖的定義與術語
2.5.2信號流圖的基本性質
2.5.3信號流圖的繪製
2.5.4信號流圖的梅森公式
2.6控制系統的典型傳遞函數
2.6.1系統的開環傳遞函數
2.6.2系統的閉環傳遞函數
2.6.3系統的誤差傳遞函數
2.7用Matlab處理系統數學模型
2.7.1多項式求根
2.7.2傳遞函數
2.7.3零極點模型
2.7.4方框圖
本章小結
習題

3 控制系統的時域分析
3.1典型輸入信號
3.2線性定常系統的時域響應與性能指標
3.2.1線性定常系統的時域響應
3.2.2控制系統時域響應的性能指標
3.3一階系統的時域響應
3.3.1一階系統的單位階躍響應
3.3.2一階系統的單位脈衝響應
3.3.3線性定常系統的重要特性
3.4二階系統的時域響應
3.4.1二階系統的數學模型
3.4.2二階系統的單位階躍響應
3.4.3二階系統的單位脈衝響應
3.4.4二階系統的斜坡響應
3.5高階系統的時域響應
3.5.1高階系統單位階躍響應
3.5.2閉環主導極點
3.6線性定常系統的穩定性
3.6.1控制系統穩定性的概念與條件
3.6.2線性定常系統穩定的充分必要條件
3.6.3勞斯穩定判據
3.6.4勞斯穩定判據的特殊情況
3.6.5赫爾維茨穩定判據
3.6.6穩定判據的應用
3.6.7相對穩定性和穩定裕度
3.7系統的穩態誤差
3.7.1誤差及穩態誤差的基本概念
3.7.2系統穩態誤差的計算
3.7.3動態誤差係數
3.7.4改善系統穩態精度的途徑
3.8用Matlab和Simulink進行瞬態響應分析
3.8.1單位脈衝響應
3.8.2單位階躍響應
3.8.3斜坡響應
3.8.4任意涵數作用下系統的響應
本章小結
習題

4 根軌跡法
4.1根軌跡法的概念
4.2根軌跡方程
4.3常規根軌跡及其繪製
4.3.1根軌跡的起點和終點
4.3.2根軌跡的分支數、對稱性和連續性
4.3.3根軌跡的漸近線
4.3.4實軸上的根軌跡
4.3.5根軌跡的分離點
4.3.6根軌跡的出射角與入射角
4.3.7根軌跡與虛軸的交點
4.3.8閉環極點的和與積
4.3.9開環根軌跡增益Kg的求取
4.3.10繪製根軌跡的一般步驟
4.4廣義根軌跡及其繪製
4.4.1參數根軌跡
4.4.2零度根軌跡
4.5用根軌跡分析控制系統
4.5.1基於根軌跡的系統穩定性分析
4.5.2基於根軌跡的系統穩態性能分析
4.5.3基於根軌跡的系統動態性能分析
4.5.4增加零、極點對根軌跡的影響
4.6用Matlab繪製根軌跡
本章小結
習題

5 控制系統的頻域分析
5.1頻率特性的基本概念
5.1.1頻率特性的概念
5.1.2頻率特性的表示方法
5.2典型環節的頻率特性
5.2.1比例環節的頻率特性
5.2.2慣性環節的頻率特性
5.2.3積分環節的頻率特性
5.2.4微分環節的頻率特性
5.2.5振盪環節的頻率特性
5.2.6二階微分環節的頻率特性
5.2.7時滯環節的頻率特性
5.3系統開環頻率特性
5.3.1開環幅相頻率特性曲線的繪製
5.3.2開環對數頻率特性曲線的繪製
5.3.3開環對數幅頻特性低頻段特點與系統型別的關係
5.3.4最小相位系統和非最小相位系統
5.4奈奎斯特穩定判據
5.4.1輻角原理
5.4.2奈氏判據
5.4.3奈氏判據在Bode圖中的應用
5.5控制系統的相對穩定性
5.5.1相位裕度
5.5.2增益裕度
5.5.3開環對數頻率特性與相對穩定性的關係
5.6閉環系統頻率特性
5.6.1開環頻率特性與閉環頻率特性的關係
5.6.2 等M圓圖和等N圓圖
5.6.3尼柯爾斯圖線
5.6.4非單位反饋系統的閉環頻率特性
5.7頻域性能指標與時域性能指標的關係
5.7.1開環頻域性能指標和時域性能指標的關係
5.7.2閉環頻域性能指標與時域性能指標的關係
5.8用Matlab進行頻域分析
5.8.1頻率特性圖的繪製
5.8.2相位裕度和增益裕度的計算
5.8.3諧振峰值、諧振頻率和系統帶寬的計算
本章小結
習題

6 控制系統的校正與設計
6.1控制系統校正的概念
6.2基本控制規律分析
6.2.1比例（P）控制規律
6.2.2比例加微分（PD）控制規律
6.2.3積分（I）控制規律
6.2.4比例加積分（PI）控制規律
6.2.5比例加積分加微分（PID）控制規律
6.3常用校正裝置及其特性
6.3.1相位超前校正裝置
6.3.2相位滯後校正裝置
6.3.3相位滯後超前校正裝置
6.4頻率法串聯校正
6.4.1超前校正
6.4.2滯後校正
6.4.3滯後超前校正
6.4.4按系統期望頻率特性進行校正
6.5根軌跡法串聯校正
6.5.1超前校正
6.5.2滯後校正
6.5.3滯後超前校正
6.6反饋校正及其參數確定
6.6.1反饋的功能
6.6.2根軌跡法確定反饋校正參數
6.7用Matlab進行控制系統的校正
6.7.1相位超前校正裝置
6.7.2相位滯後校正裝置
6.7.3滯後超前校正裝置
本章小結
習題

7 非線性控制系統
7.1非線性系統概述
7.1.1典型非線性特性
7.1.2非線性系統的基本特徵
7.1.3非線性系統的分析方法
7.2描述函數法
7.2.1描述函數法的基本概念
7.2.2典型非線性特性的描述函數
7.2.3用描述函數法分析非線性系統穩定性
7.3相平面法
7.3.1相平面法的基本概念
7.3.2相軌跡的繪製
7.3.3相平面分析
7.4用Matlab進行非線性控制系統分析
本章小結
習題

8 離散控制系統
8.1離散系統的基本概念
8.1.1離散控制系統的定義
8.1.2離散控制系統的特點
8.1.3離散控制系統的研究方法
8.2信號的採樣與保持
8.2.1採樣過程及其數學描述
8.2.2採樣定理
8.2.3信號的復現與零階保持器
8.3z變換理論
8.3.1z變換的定義
8.3.2z變換的方法
8.3.3z變換基本定理
8.3.4z反變換
8.4離散控制系統的數學模型
8.4.1差分方程
8.4.2脈衝傳遞函數
8.4.3差分方程和脈衝傳遞函數的關係
8.5離散控制系統的分析
8.5.1離散控制系統的穩定性
8.5.2離散控制系統的動態性能分析
8.5.3離散控制系統的穩態誤差
8.6離散控制系統的數字校正
8.6.1數字控制器的脈衝傳遞函數
8.6.2最少拍系統設計
8.7應用Matlab分析離散控制系統
本章小結
習題
參考文獻