自動控制原理

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盧京潮主編的這本《自動控制原理》比較全面、系統地介紹了自動控制理論的基本內容和控制系統的分析、校正及綜合設計方法。全書共分為8章，主要包括自動控制的基本概念，系統數學模型的建立，用以對控制系統進行分析、校正的時域法、根軌跡法和頻域法，線性離散系統的分析與校正方法，分析非線性系統的相平面法和描述函數法以及控制系統的狀態空間分析與綜合設計方法等內容。全書計算繪圖附有相應的MATLAB程序，每章給出了相應的內容提要和知識脈絡圖，並配有適當的習題； 附錄中有綜合練習題以及各章習題的答案。 《自動控制原理》可作為高等學校電子信息科學類、儀器儀表類、電氣信息類、自動控制類相關專業的教材，可作為成人教育和繼續教育的教材，也可作為科技人員的參考用書。

從書序  6
前言  9
目錄  11
第1章  自動控制的一般概念  19
1.1  引言  20
1.2  自動控制理論發展概述  20
1.3  自動控制和自動控制系統的基本概念  22
1.3.1  自動控制問題的提出  22
1.3.2  開環控制系統  23
1.3.3  閉環控制系統  24
1.3.4  開環控制系統與閉環控制系統的比較  25
1.3.5  複合控制系統  26
1.4  自動控制系統的基本組成  26
1.5  控制系統示例  27
1.6  自動控制系統的分類  30
1.6.1  恆值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統  31
1.6.2  定常系統和時變系統  31
1.6.3  線性系統和非線性系統  31
1.6.4  連續系統與離散系統  31
1.6.5  單變量系統和多變量系統  32
1.7  對控制系統性能的基本要求  32
1.8  本課程的研究內容  33
1.9  小結  34
習題  34
第2章  控制系統的數學模型  40
2.1  引言  41
2.2  控制系統的時域數學模型  41
2.2.1  線性元部件、線性系統微分方程的建立  41
2.2.2  非線性系統微分方程的線性化  44
2.2.3  線性定常微分方程求解  45
2.2.4  運動的模態  46
2.3  控制系統的復域數學模型  46
2.3.1  傳遞函數  46
2.3.2  常用控制元件的傳遞函數  48
2.3.3  典型環節  53
2.3.4  傳遞函數的標準形式  53
2.4  控制系統的結構圖及其等效變換  54
2.4.1  結構圖  54
2.4.2  結構圖等效變換  56
2.5  控制系統的信號流圖  59
2.5.1  信號流圖  59
2.5.2  梅遜增益公式  60
2.6  控制系統的傳遞函數  62
2.6.1  系統的開環傳遞函數  62
2.6.2  閉環系統的傳遞函數  63
2.6.3  閉環系統的誤差傳遞函數  63
2.7  小結  64
習題  65
第3章  線性系統的時域分析與校正  70
3.1  概述  71
3.1.1  時域法的作用和特點  71
3.1.2  時域法常用的典型輸入信號  71
3.1.3  系統的時域性能指標  71
3.2  一階系統的時間響應及動態性能  73
3.2.1  一階系統傳遞函數標準形式及單位階躍響應  73
3.2.2  一階系統動態性能指標計算  73
3.2.3  典型輸入下一階系統的響應  74
3.3  二階系統的時間響應及動態性能  76
3.3.1  二階系統傳遞函數標準形式及分類  76
3.3.2  過阻尼二階系統動態性能指標計算  77
3.3.3  欠阻尼二階系統動態性能指標計算  80
3.3.4  改善二階系統動態性能的措施  90
3.3.5  附加閉環零極點對系統動態性能的影響  92
3.4  高階系統的階躍響應及動態性能  94
3.4.1  高階系統單位階躍響應  94
3.4.2  閉環主導極點  95
3.4.3  估算高階系統動態性能指標的零點極點法  95
3.5  線性系統的穩定性分析  97
3.5.1  穩定性的概念  97
3.5.2  穩定的充要條件  98
3.5.3  穩定判據  99
3.6  線性系統的穩態誤差  102
3.6.1  誤差與穩態誤差  102
3.6.2  計算穩態誤差的一般方法  103
3.6.3  靜態誤差係數法  104
3.6.4  干擾作用引起的穩態誤差分析  107
3.6.5  動態誤差係數法  109
3.7  線性系統時域校正  111
3.7.1  反饋校正  112
3.7.2  複合校正  114
3.8  小結  116
習題  118
第4章  根軌跡法  126
4.1  根軌跡法的基本概念  127
4.1.1  根軌跡的基本概念  127
4.1.2  根軌跡與系統性能  128
4.1.3  閉環零、極點與開環零、極點之間的關係  129
4.1.4  根軌跡方程  130
4.2  繪製根軌跡的基本法則  131
4.3  廣義根軌跡  141
4.3.1  參數根軌跡  141
4.3.2  零度根軌跡  143
4.4  利用根軌跡分析系統性能  147
4.4.1  利用閉環主導極點估算系統的性能指標  147
4.4.2  開環零、極點分佈對系統性能的影響  152
4.5  小結  156
習題  157
第5章  線性系統的頻域分析與校正  160
5.1  頻率特性的基本概念  161
5.1.1  頻率響應  161
5.1.2  頻率特性  162
5.1.3  頻率特性的圖形表示方法  163
5.2  幅相頻率特性（Nyquist圖）  166
5.2.1  典型環節的幅相特性曲線  166
5.2.2  開環系統幅相特性曲線的繪製  174
5.3  對數頻率特性（bode圖）  177
5.3.1  典型環節的bode圖  177
5.3.2  開環系統bode圖的繪製  182
5.3.3  由對數幅頻特性曲線確定開環傳遞函數  184
5.3.4  最小相角系統和非最小相角系統  185
5.4  頻域穩定判據  187
5.4.1  奈奎斯特穩定判據  187
5.4.2  奈奎斯特穩定判據的應用  187
5.4.3  對數穩定判據  192
5.5  穩定裕度  194
5.5.1  穩定裕度的定義  194
5.5.2  穩定裕度的計算  195
5.6  利用開環對數幅頻特性分析系統的性能  196
5.6.1  l（ω）低頻漸近線與系統穩態誤差的關係  197
5.6.2  l（ω）中頻段特性與系統動態性能的關係  197
5.6.3  l（ω）高頻段與系統抗高頻干擾能力的關係  202
5.7  閉環頻率特性曲線的繪製  203
5.7.1  用向量法求閉環頻率特性  203
5.7.2  尼柯爾斯圖線  204
5.8  利用閉環頻率特性分析系統的性能  206
5.8.1  閉環頻率特性的幾個特徵量  206
5.8.2  閉環頻域指標與時域指標的關係  206
5.9  頻率法串聯校正  211
5.9.1  相角超前校正  211
5.9.2  相角滯後校正  215
5.9.3  滯後-超前校正  220
5.9.4  串聯PID校正  224
5.10  小結  228
習題  229
第6章  線性離散系統的分析與校正  239
6.1  離散系統  240
6.2  信號採樣與保持  241
6.2.1  信號採樣  241
6.2.2  採樣定理  242
6.2.3  採樣週期的選擇  243
6.2.4  零階保持器  245
6.3  z變換  246
6.3.1  z變換定義  246
6.3.2  z變換方法  247
6.3.3  z變換基本定理  249
6.3.4  z反變換  252
6.3.5  z變換的侷限性  255
6.4  離散系統的數學模型  255
6.4.1  差分方程及其解法  255
6.4.2  脈衝傳遞函數  257
6.4.3  開環系統脈衝傳遞函數  259
6.4.4  閉環系統脈衝傳遞函數  261
6.5  穩定性分析  263
6.5.1  s域到z域的映射  263
6.5.2  穩定的充分必要條件  263
6.5.3  穩定性判據  265
6.6  穩態誤差計算  268
6.6.1  一般方法(利用終值定理)  268
6.6.2  靜態誤差係數法  269
6.6.3  動態誤差係數法  271
6.7  動態性能分析  273
6.7.1  閉環極點分佈與瞬態響應  273
6.7.2  動態性能分析  276
6.8  離散系統的模擬化校正  277
6.8.1  常用的離散化方法  278
6.8.2  模擬化校正舉例  280
6.9  離散系統的數字校正  282
6.9.1  數字控制器的脈衝傳遞函數  282
6.9.2  最少拍系統設計  283
6.10  小結  287
習題  289
第7章  非線性控制系統分析  293
7.1  非線性控制系統概述  294
7.1.1  非線性現象的普遍性  294
7.1.2  控制系統中的典型非線性特性  294
7.1.3  非線性控制系統的特點  296
7.1.4  非線性控制系統的分析方法  297
7.2  相平面法  298
7.2.1  相平面的基本概念  298
7.2.2  相軌跡的性質  298
7.2.3  相軌跡的繪製  300
7.2.4  由相軌跡求時間解  301
7.2.5  二階線性系統的相軌跡  303
7.2.6  非線性系統的相平面分析  305
7.3  描述函數法  311
7.3.1  描述函數的基本概念  311
7.3.2  典型非線性特性的描述函數  312
7.3.3  用描述函數法分析非線性系統  317
7.4  改善非線性系統性能的措施  322
7.4.1  調整線性部分的結構參數  322
7.4.2  改變非線性特性  323
7.4.3  非線性特性的利用  324
7.5  小結  324
習題  325
第8章  控制系統的狀態空間分析與綜合  330
8.1  控制系統的狀態空間描述  331
8.1.1  系統數學描述的兩種基本形式  331
8.1.2  狀態空間描述常用的基本概念  333
8.1.3  系統的傳遞函數矩陣  336
8.1.4  線性定常系統動態方程的建立  337
8.2  線性系統的運動分析  351
8.2.1  線性定常連續系統的自由運動  351
8.2.2  狀態轉移矩陣的性質  355
8.2.3  線性定常連續系統的受控運動  356
8.2.4  線性定常離散系統的運動分析  357
8.2.5  連續系統的離散化  358
8.3  控制系統的李雅普諾夫穩定性分析  359
8.3.1  李雅普諾夫穩定性概念  359
8.3.2  李雅普諾夫穩定性間接判別法  361
8.3.3  李雅普諾夫穩定性直接判別法  361
8.3.4  線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析  365
8.3.5  李雅普諾夫穩定性、BIBS穩定性、BIBO穩定性之間的關係  367
8.4  線性系統的可控性和可觀測性  368
8.4.1  可控性和可觀測性的概念  368
8.4.2  線性定常系統的可控性  369
8.4.3  線性定常系統的可觀測性  377
8.4.4  可控性、可觀測性與傳遞函數矩陣的關係  382
8.4.5  連續系統離散化後的可控性與可觀測性  387
8.5  線性系統非奇異線性變換及系統的規範分解  388
8.5.1  線性系統的非奇異線性變換及其性質  388
8.5.2  幾種常用的線性變換  390
8.5.3  對偶原理  394
8.5.4  線性系統的規範分解  395
8.6  線性定常控制系統的綜合設計  399
8.6.1  狀態反饋與極點配置  399
8.6.2  輸出反饋與極點配置  403
8.6.3  狀態重構與狀態觀測器設計  405
8.6.4  降維狀態觀測器的概念  408
8.7  小結  409
習題  410
附錄A 拉普拉斯變換及反變換  415
A.1  拉普拉斯變換的基本性質  415
A.2  常用函數的拉普拉斯變換和z變換  416
A.3  用查表法進行拉普拉斯反變換  416
附錄B常見的無源及有源校正網絡  418
附錄C綜合練習題  420
附錄D習題答案  427
參考文獻  443