目 錄
前 言
第1章 緒論1
1.1 自動控制理論及其發(fā)展簡史1
1.2 自動控制系統(tǒng)的基本原理和組成2
1.2.1 自動控制系統(tǒng)的基本原理2
1.2.2 自動控制系統(tǒng)的組成3
1.3 自動控制系統(tǒng)的分類4
1.3.1 按控制系統(tǒng)的結構分類4
1.3.2 按系統(tǒng)輸出信號的變化規(guī)律分類5
1.3.3 按系統(tǒng)傳輸信號的特性分類6
1.3.4 按系統(tǒng)傳輸信號的時間性質分類7
1.4 對自動控制系統(tǒng)性能的基本要求7
小結8
習題9
第2章 控制系統(tǒng)的數學模型10
2.1 微分方程10
2.1.1 微分方程的建立10
2.1.2 非線性微分方程的線性化11
2.1.3 線性定常微分方程的求解13
2.2 傳遞函數14
2.2.1 傳遞函數的基本概念14
2.2.2 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數15
2.2.3 傳遞函數的求取19
2.3 結構圖20
2.3.1 結構圖的基本概念20
2.3.2 結構圖的等效變換及化簡23
2.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數28
2.4 信號流圖30
2.4.1 信號流圖的符號及術語30
2.4.2 信號流圖與結構圖的關系31
2.4.3 梅遜公式及其應用32
2.5 MATLAB中數學模型的表示33
2.5.1 傳遞函數模型的MATLAB表示33
2.5.2 結構圖模型的MATLAB表示35
小結36
習題36
第3章 時域分析法41
3.1 典型輸入信號和時域性能指標41
3.1.1 典型輸入信號41
3.1.2 時域性能指標43
3.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析44
3.2.1 穩(wěn)定性的概念及線性系統(tǒng)的穩(wěn)定條件44
3.2.2 勞斯穩(wěn)定判據45
3.3 控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能分析49
3.3.1 一階系統(tǒng)分析49
3.3.2 二階系統(tǒng)分析50
3.3.3 高階系統(tǒng)分析57
3.4 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析58
3.4.1 誤差及穩(wěn)態(tài)誤差58
3.4.2 給定輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差59
3.4.3 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差62
3.4.4 轉速負反饋調速系統(tǒng)分析63
3.5 MATLAB用于時域響應分析65
3.5.1 用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性65
3.5.2 用MATLAB分析系統(tǒng)的暫態(tài)性能66
小結69
習題69
第4章 根軌跡法74
4.1 根軌跡的基本概念74
4.1.1 根軌跡74
4.1.2 根軌跡方程75
4.1.3 幅值條件方程和相角條件方程75
4.2 繪制根軌跡的基本法則76
4.3 參量根軌跡83
4.4 正反饋回路和零度根軌跡85
4.5 用根軌跡分析系統(tǒng)性能86
4.5.1 用根軌跡確定系統(tǒng)的閉環(huán)極點86
4.5.2 用根軌跡確定系統(tǒng)性能與參數的關系87
4.5.3 增加開環(huán)零點?極點對系統(tǒng)性能的影響88
4.6 MATLAB用于根軌跡分析90
小結92
習題93
第5章 頻率特性法95
5.1 頻率特性的基本概念95
5.1.1 頻率響應95
5.1.2 頻率特性的定義96
5.1.3 頻率特性的圖形表示98
5.2 極坐標圖(奈氏圖) 99
5.2.1 典型環(huán)節(jié)的極坐標圖99
5.2.2 控制系統(tǒng)開環(huán)極坐標圖102
5.3 伯德圖103
5.3.1 典型環(huán)節(jié)的伯德圖104
5.3.2 控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖108
5.3.3 由伯德圖確定傳遞函數110
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據111
5.4.1 輻角定理112
5.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據112
5.4.3 伯德圖上的奈奎斯特穩(wěn)定判據117
5.5 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性119
5.5.1 相位裕量120
5.5.2 幅值裕量120
5.6 利用頻率特性分析系統(tǒng)的性能121
5.6.1 開環(huán)頻域指標與時域性能指標的關系122
5.6.2 基于伯德圖的系統(tǒng)性能分析123
5.6.3 閉環(huán)頻域指標與時域性能指標的關系125
5.7 MATLAB用于頻域分析127
5.7.1 用MATLAB命令繪制頻率特性曲線127
5.7.2 用MATLAB命令分析系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性129
小結130
習題131
第6章 控制系統(tǒng)的綜合校正134
6.1 系統(tǒng)校正基礎134
6.2 串聯(lián)校正135
6.2.1 相位超前校正136
6.2.2 相位滯后校正140
6.2.3 相位滯后超前校正143
6.2.4 有源校正網絡145
6.2.5 串聯(lián)期望特性法校正147
6.3 PID校正149
6.4 局部反饋校正152
6.4.1 局部反饋校正的基本原理152
6.4.2 速度反饋校正153
6.4.3 局部反饋校正設計154
6.5 前饋補償與復合控制157
6.5.1 按輸入補償的復合控制157
6.5.2 按擾動補償的復合控制158
6.6 基于MATLAB的頻域法校正159
6.6.1 串聯(lián)校正設計159
6.6.2 校正校驗161
小結163
習題164
第7章 非線性控制系統(tǒng)分析167
7.1 非線性系統(tǒng)概述167
7.1.1 非線性系統(tǒng)的特征167
7.1.2 非線性系統(tǒng)的分析與設計方法168
7.1.3 常見的非線性特性及其對系統(tǒng)運動的影響168
7.2 描述函數法171
7.2.1 描述函數的基本概念171
7.2.2 典型非線性特性的描述函數172
7.2.3 非線性系統(tǒng)的簡化175
7.2.4 用描述函數法分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性176
7.3 相平面法180
7.3.1 相平面的基本概念180
7.3.2 繪制相軌跡的方法180
7.3.3 奇點和極限環(huán)183
7.3.4 由相平面求時間解186
7.3.5 非線性系統(tǒng)的相平面法分析186
7.4 非線性特性的利用189
7.5 基于Simulink的非線性系統(tǒng)分析191
小結192
習題192
第8章 采樣控制系統(tǒng)分析196
8.1 采樣控制系統(tǒng)的基本概念196
8.1.1 采樣控制系統(tǒng)及其基本結構196
8.1.2 采樣過程與采樣定理197
8.1.3 采樣信號的復現199
8.2 采樣控制系統(tǒng)的數學基礎200
8.2.1 z變換的定義200
8.2.2 求z變換的方法201
8.2.3 z變換的基本定理203
8.2.4 z反變換204
8.2.5 差分方程及其求解206
8.3 脈沖傳遞函數209
8.3.1 脈沖傳遞函數的定義209
8.3.2 開環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數209
8.3.3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數211
8.4 采樣控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析214
8.4.1 采樣系統(tǒng)的動態(tài)響應分析214
8.4.2 閉環(huán)極點的位置與動態(tài)特性的關系216
8.5 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析219
8.5.1 z平面內的穩(wěn)定條件219
8.5.2 勞斯穩(wěn)定判據220
8.6 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析221
8.7 MATLAB用于采樣控制系統(tǒng)分析223
8.7.1 數學模型處理223
8.7.2 動態(tài)響應分析224
8.7.3 Simulink仿真分析226
8.7.4 穩(wěn)定性判定226
小結227
習題228
附錄231
參考文獻233