定 價:45 元
叢書名:電氣工程、自動化專業(yè)規(guī)劃教材
- 作者:劉文定
- 出版時間:2018/1/1
- ISBN:9787121332487
- 出 版 社:電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP13
- 頁碼:324
- 紙張:膠版紙
- 版次:4
- 開本:16開
本書是普通高等教育十一五*規(guī)劃教材,全面地闡述自動控制的理論及應(yīng)用。全書共分8章和2個附錄,主要內(nèi)容包括:線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時域響應(yīng)分析、根軌跡法、頻域特性分析、控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正、非線性系統(tǒng)分析、采樣控制系統(tǒng),以及在MATLAB/Simulink支持下對控制系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)輔助分析與設(shè)計。全書內(nèi)容取材新穎,闡述深入淺出。為便于自學(xué),各章均附有典型題詳解、精選習(xí)題和考研試題。 本書可作為高等院校自動化等專業(yè)的本科生教材,也可供相關(guān)專業(yè)的研究生或從事自動化技術(shù)工作的人員參考。
十一五*規(guī)劃教材;提供電子課件;提供部分習(xí)題解答。
自動控制原理是自動化學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)課程,是專門研究有關(guān)自動控制系統(tǒng)中基本概念、基本原理和基本方法的一門課程,也是高等學(xué)校自動化類專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)理論課程。學(xué)好自動控制理論,對掌握自動化技術(shù)有著重要作用。
2004年7月,初版教材出版發(fā)行,為適應(yīng)自動化學(xué)科的發(fā)展,擴(kuò)寬專業(yè)面、優(yōu)化整體教學(xué)體系的教學(xué)改革形勢,按照理論講透,重在應(yīng)用的原則,總結(jié)了作者多年的教學(xué)經(jīng)驗和課程教學(xué)改革的成果,參考了國內(nèi)外控制理論及應(yīng)用發(fā)展的方向,經(jīng)反復(fù)討論編寫而成。2009年1月,第2版出版發(fā)行,并入選普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材;2013年1月,第3版出版發(fā)行。幾年來,控制理論的教學(xué)在高等院校有了較大的發(fā)展,許多選用本書的院校提出了一些寶貴的建議,為此,我們進(jìn)行了第4版的修訂。
第4版教材分8章及兩個附錄。主要內(nèi)容分為4大部分:第一部分包括基本概念,線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,時域響應(yīng)分析,根軌跡分析,頻域特性分析,控制系統(tǒng)設(shè)計與校正,這些內(nèi)容屬于線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)問題,闡明了自動控制的3個基本問題,即模型、分析和控制。第二部分闡述非線性系統(tǒng)的基本理論和分析方法,包括相平面法和描述函數(shù)法,目的是為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。第三部分有意加強(qiáng)了作為數(shù)字控制理論基礎(chǔ)的采樣控制系統(tǒng)的討論,重點(diǎn)介紹了采樣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)定性分析與采樣系統(tǒng)的綜合校正。第四部分為MATLAB/Simulink軟件實現(xiàn)控制系統(tǒng)的輔助分析和設(shè)計,以培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代化的分析與設(shè)計能力,適應(yīng)21世紀(jì)教學(xué)現(xiàn)代化的發(fā)展要求,并在每章最后附相關(guān)應(yīng)用。
第4版的內(nèi)容保留了第3版增補(bǔ)的內(nèi)容并進(jìn)行了優(yōu)化:線性常微分方程求解,傳遞函數(shù)零點(diǎn)和極點(diǎn)對系統(tǒng)輸出的影響,方框圖利用梅遜公式求傳遞函數(shù),實驗方法建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型;二階系統(tǒng)的過阻尼動態(tài)分析,單位斜坡響應(yīng)及非零初始條件下的輸出響應(yīng)分析,高階系統(tǒng)的動態(tài)性能分析;根軌跡與系統(tǒng)性能、閉環(huán)零點(diǎn)、極點(diǎn)與開環(huán)零點(diǎn)、極點(diǎn)之間的關(guān)系,多變量根軌跡、零極點(diǎn)對根軌跡的影響,利用根軌跡分析系統(tǒng)性能;頻率特性的圖形、利用頻率特性分析系統(tǒng)品質(zhì)、MATLAB/Simulink頻域特性分析,頻率法串聯(lián)校正、復(fù)合校正實例;控制系統(tǒng)設(shè)計的MATLAB/Simulink實現(xiàn);非線性系統(tǒng)相平面圖的解析繪制、由相軌跡求取時間、非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及非線性系統(tǒng)的簡化;采樣過程的數(shù)學(xué)描述、采樣周期的選擇等。
第4版教材重點(diǎn)對考研試題進(jìn)行了更新和優(yōu)化。為避免過于數(shù)學(xué)化,第4版教材對部分公式的推導(dǎo)進(jìn)行了簡化。
第4版教材是面向應(yīng)用型大學(xué)人才培養(yǎng)需要的一本教材,適用對象為工程應(yīng)用型自動化專業(yè)的本科學(xué)生,也可供電氣信息類其他專業(yè)的研究生以及工程技術(shù)人員使用。在編寫過程中,作者充分注意到了以下幾點(diǎn):
(1) 注重體系的基本結(jié)構(gòu),強(qiáng)調(diào)控制理論的基本概念、基本原理和基本方法,內(nèi)容精煉,重點(diǎn)突出,不以細(xì)節(jié)為主。
(2) 以學(xué)生為本,加強(qiáng)能力培養(yǎng),遵照認(rèn)識規(guī)律,內(nèi)容敘述力求深入淺出、層次分明;注意理論的完整性與工程實用性相結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。
(3) 引入了MATLAB/Simulink軟件實現(xiàn)控制系統(tǒng)的輔助分析和設(shè)計,以培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代化的分析與設(shè)計能力,適應(yīng)21世紀(jì)教學(xué)現(xiàn)代化的發(fā)展要求。
(4) 為便于不同層次的學(xué)生和讀者自學(xué),各章都附有較豐富的有難度層次的典型例題和習(xí)題及習(xí)題詳解,特別是為滿足考研學(xué)生的需要,增加了考研試題。
(5) 為拓寬學(xué)生的知識面,滿足學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣及激發(fā)學(xué)生的求知欲,我們在電子課件中選入了一些來源于實際控制工程的案例,便于學(xué)生理解和消化控制知識。
本書適用于54~64學(xué)時課內(nèi)教學(xué)。本書由劉文定和謝克明主編。參加編寫的有:謝克明(前言、第1章、附錄A、B),謝剛(第2、3章),續(xù)欣瑩(第4章),劉文定(第5、6、7章),劉洪錦、谷海青(第8章)。全書由劉文定和謝克明統(tǒng)稿。借此衷心感謝本書的責(zé)任編輯凌毅女士,同時對在本書編寫過程中給予幫助的各位人員表示誠摯的謝意。
本書提供配套的電子課件,可登錄電子工業(yè)出版社的華信教育資源網(wǎng):www.hxedu.com.cn,注冊后免費(fèi)下載。由于筆者水平有限,書中錯誤和不妥之處難免,懇請廣大讀者批評指正。
劉文定,北京林業(yè)大學(xué)教授/碩士生導(dǎo)師,中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會自動化學(xué)科教學(xué)委員會委員,一直從事控制理論方面的教學(xué)與科研工作。
第1章 緒論
1.1 開環(huán)控制和閉環(huán)控制
1.1.1 開環(huán)控制
1.1.2 閉環(huán)控制(反饋控制)
1.2 自動控制系統(tǒng)的組成及術(shù)語
1.3 自動控制系統(tǒng)的類型
1.3.1 按信號流向劃分
1.3.2 按系統(tǒng)輸入信號劃分
1.3.3 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)
1.3.4 定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)
1.3.5 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)
1.3.6 單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)
1.4 自動控制系統(tǒng)性能的基本要求
1.5 自動控制課程的主要任務(wù)
1.5.1 階躍函數(shù)
1.5.2 斜坡函數(shù)(等速度函數(shù))
1.5.3 拋物線函數(shù)(等加速度函數(shù))
1.5.4 脈沖函數(shù)
1.5.5 正弦函數(shù)
1.6 自動控制系統(tǒng)實例
1.6.1 造紙機(jī)分部傳動控制系統(tǒng)
1.6.2 谷物濕度控制系統(tǒng)
1.6.3 烘烤爐溫度控制系統(tǒng)
本章小結(jié)
本章典型題、考研題詳解及習(xí)題
第2章 線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.1 線性系統(tǒng)的微分方程
2.2 微分方程的線性化
2.3 傳遞函數(shù)
2.3.1 傳遞函數(shù)的概念
2.3.2 傳遞函數(shù)的特點(diǎn)
2.3.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
2.4 方框圖
2.4.1 方框圖概述
2.4.2 系統(tǒng)方框圖的構(gòu)成
2.4.3 環(huán)節(jié)間的連接
2.4.4 方框圖的變換和簡化
2.5 信號流圖
2.5.1 信號流圖的定義
2.5.2 系統(tǒng)的信號流圖
2.5.3 信號流圖的定義和術(shù)語
2.5.4 信號流圖的性質(zhì)及簡化
2.5.5 信號流圖的增益公式
2.6 MATLAB/Simulink中數(shù)學(xué)模型的表示
2.6.1 傳遞函數(shù)
2.6.2 傳遞函數(shù)的特征根及零、極點(diǎn)圖
2.6.3 控制系統(tǒng)的方框圖模型
2.6.4 控制系統(tǒng)的零、極點(diǎn)模型
2.6.5 狀態(tài)空間表達(dá)式
本章小結(jié)
本章典型題、考研題詳解及習(xí)題
第3章 控制系統(tǒng)的時域分析
3.1 線性定常系統(tǒng)的時域響應(yīng)
3.2 控制系統(tǒng)時域響應(yīng)的性能指標(biāo)
3.2.1 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)
3.2.2 動態(tài)性能指標(biāo)
3.3 線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性
3.3.1 穩(wěn)定性的概念
3.3.2 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件
3.3.3 勞斯判據(jù)(Routh判據(jù))
3.3.4 赫爾維茨判據(jù)(Hurwitz判據(jù))
3.3.5 系統(tǒng)參數(shù)對穩(wěn)定性的影響
3.3.6 相對穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕量
3.4 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.4.1 誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的定義
3.4.2 穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.4.3 穩(wěn)態(tài)誤差的計算
3.4.4 應(yīng)用靜態(tài)誤差系數(shù)計算給定信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.4.5 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系
3.4.6 改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的途徑
3.4.7 系統(tǒng)的動態(tài)誤差系數(shù)
3.5 一階系統(tǒng)的時域響應(yīng)
3.5.1 數(shù)學(xué)模型
3.5.2 單位階躍響應(yīng)
3.5.3 性能指標(biāo)
3.5.4 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.6 二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)
3.6.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.6.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.6.3 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.7 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)
3.7.1 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)
3.7.2 高階系統(tǒng)的降階
3.7.3 零、極點(diǎn)對階躍響應(yīng)的影響
3.8 用MATLAB/Simulink進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析
3.8.1 單位脈沖響應(yīng)
3.8.2 單位階躍響應(yīng)
3.8.3 斜坡響應(yīng)
3.8.4 任意函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應(yīng)
3.8.5 由系統(tǒng)傳遞函數(shù)求系統(tǒng)的響應(yīng)
3.8.6 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)
3.8.7 Simulink建模與仿真
本章小結(jié)
本章典型題、考研題詳解及習(xí)題
第4章 根軌跡法
4.1 根軌跡的基本概念
4.1.1 根軌跡
4.1.2 根軌跡的基本條件
4.2 繪制根軌跡的基本規(guī)則
4.3 根軌跡繪制舉例
4.4 廣義根軌跡
4.4.1 參數(shù)根軌跡
4.4.2 多參數(shù)根軌跡簇
4.4.3 正反饋系統(tǒng)的根軌跡(零度根軌跡)
4.5 根軌跡分析系統(tǒng)的性能
4.5.1 根軌跡確定系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)
4.5.2 根軌跡分析系統(tǒng)的動態(tài)特性
4.5.3 開環(huán)零點(diǎn)對根軌跡的影響
4.5.4 開環(huán)極點(diǎn)對根軌跡的影響
4.6 MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡
本章小結(jié)
本章典型題、考研題詳解及習(xí)題
第5章 控制系統(tǒng)的頻域分析
5.1 頻率特性
5.1.1 頻率特性概述
5.1.2 頻率特性的求取
5.1.3 頻域性能指標(biāo)
5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
5.2.1 概述
5.2.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
5.3 系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性
5.3.1 系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性
5.3.2 系統(tǒng)開環(huán)極坐標(biāo)圖(奈氏圖)
5.3.3 最小相位和非最小相位系統(tǒng)
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.4.1 映射定理
5.4.2 Nyquist軌跡及其映射
5.4.3 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)一
5.4.4 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)二
5.4.5 Nyquist對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)
5.5 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性
5.5.1 增益裕量
5.5.2 相角裕量
5.5.3 用幅相頻率特性曲線分析系統(tǒng)穩(wěn)定性
5.6 閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性
5.6.1 等M圓(等幅值軌跡)
5.6.2 等N圓(等相角軌跡)
5.6.3 利用等M圓和等N圓求單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性
5.6.4 非單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性
5.7 用頻率特性分析系統(tǒng)品質(zhì)
5.7.1 閉環(huán)頻域性能指標(biāo)與時域性能指標(biāo)的關(guān)系
5.7.2 開環(huán)頻率特性與時域響應(yīng)的關(guān)系
5.8 MATLAB頻域特性分析
5.8.1 Bode圖
5.8.2 Nyquist圖
5.8.3 Nichols圖
本章小結(jié)
本章典型題、考研題詳解及習(xí)題
第6章 控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正
6.1 概述
6.1.1 系統(tǒng)的性能指標(biāo)
6.1.2 系統(tǒng)的校正
6.2 線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律
6.2.1 比例(P)控制作用
6.2.2 比例微分(PD)控制作用
6.2.3 積分(I)控制作用
6.2.4 比例積分微分(PID)控制作用
6.3 校正裝置及其特性
6.3.1 無源超前校正裝置
6.3.2 無源滯后校正裝置
6.3.3 無源滯后超前校正裝置
6.4 頻率法進(jìn)行串聯(lián)校正
6.4.1 頻率法的串聯(lián)超前校正
6.4.2 頻率法的串聯(lián)滯后校正
6.4.3 頻率法的串聯(lián)滯后超前校正
6.4.4 按期望特性對系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正
6.5 反饋校正
6.5.1 比例負(fù)反饋校正
6.5.2 微分負(fù)反饋校正
6.5.3 反饋校正的設(shè)計
6.6 復(fù)合校正
6.6.1 反饋控制與前饋校正的復(fù)合控制
6.6.2 反饋控制與擾動補(bǔ)償校正的復(fù)合控制
6.7 基于MATLAB和Simulink的線性控制系統(tǒng)設(shè)計
6.7.1 相位超前校正
6.7.2 相位滯后校正
6.7.3 Simulink下的系統(tǒng)設(shè)計和校正
本章小結(jié)
本章典型題、考研題詳解及習(xí)題
第7章 非線性系統(tǒng)分析
7.1 非線性系統(tǒng)概述
7.1.1 非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)
7.1.2 非線性系統(tǒng)的分析和設(shè)計方法
7.2 典型非線性特性
7.3 相平面分析法
7.3.1 相平面的基本概念
7.3.2 線性系統(tǒng)的相軌跡
7.3.3 二階非線性系統(tǒng)的線性化
7.3.4 相軌跡圖的繪制
7.3.5 由相軌跡圖求時間
7.3.6 非線性系統(tǒng)的相平面分析
7.4 描述函數(shù)法
7.4.1 描述函數(shù)的定義
7.4.2 典型非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)
7.4.3 非線性系統(tǒng)的簡化
7.4.4 描述函數(shù)分析法
7.5 基于Simulink的非線性系統(tǒng)分析
7.5.1 非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)
7.5.2 非線性系統(tǒng)的響應(yīng)
7.5.3 非線性系統(tǒng)的相軌跡
本章小結(jié)
本章典型題、考研題詳解及習(xí)題
第8章 采樣控制系統(tǒng)
8.1 概述
8.2 采樣過程與采樣定理
8.3 采樣信號保持器
8.3.1 零階保持器
8.3.2 一階保持器
8.4 Z變換
8.4.1 Z變換定義
8.4.2 Z變換方法
8.4.3 Z變換性質(zhì)
8.4.4 Z反變換
8.5 采樣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
8.5.1 線性定常差分方程
8.5.2 差分方程求解
8.5.3 脈沖傳遞函數(shù)(Z傳遞函數(shù))
8.6 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
8.6.1 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定條件
8.6.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
8.6.3 朱利穩(wěn)定判據(jù)
8.6.4 采樣周期與開環(huán)增益對穩(wěn)定性的影響
8.7 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.1 單位階躍輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.2 單位斜坡輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.3 單位加速度輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
8.8 采樣系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)與脈沖傳遞函數(shù)零、極點(diǎn)分布的關(guān)系
8.9 采樣系統(tǒng)的校正
8.9.1 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)
8.9.2 最少拍系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
8.9.3 求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)
8.9.4 關(guān)于閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)或e(z)的討論
8.10 MATLAB在采樣系統(tǒng)中的應(yīng)用
8.10.1 連續(xù)系統(tǒng)的離散化
8.10.2 求采樣系統(tǒng)的響應(yīng)
8.10.3 采樣系統(tǒng)的最少拍設(shè)計
本章小結(jié)
本章典型題、考研題詳解及習(xí)題
附錄A 常用函數(shù)的拉普拉斯變換表
附錄B 常用函數(shù)的Z變換表
參考文獻(xiàn)