目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.1.1 控制理論的發(fā)展歷程 1
1.1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及術(shù)語(yǔ) 9
1.2 自動(dòng)控制舉例 4
1.2.1 溫度控制 4
1.2.2 液位控制 5
1.2.3 速度控制 6
1.2.4 隨動(dòng)控制 6
1.3 自動(dòng)控制的基本方式 8
1.3.1 開(kāi)環(huán)控制 8
1.3.2 閉環(huán)控制 8
1.3.3 復(fù)合控制 9
1.4 控制系統(tǒng)的分類 9
1.4.1 按系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律不同來(lái)分 9
1.4.2 按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的性質(zhì)來(lái)分 10
1.4.3 按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分 10
1.4.4 其他分類方法 11
1.5 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 11
1.6 例題精解 13
1.7 工程應(yīng)用實(shí)例 15
本章小結(jié) 16
習(xí)題 16
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 19
2.1 引言 19
2.1.1 數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn) 19
2.1.2 數(shù)學(xué)模型的類型 20
2.1.3 建模途徑與原則 21
2.2 控制系統(tǒng)的微分方程 21
2.2.1 建立微分方程模型的一般步驟 21
2.2.2 建模舉例 22
2.2.3 菲線性系統(tǒng)（數(shù)學(xué)模型）的線性化 25
2.3 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 28
2.3.1 傳遞函數(shù)的概念 28
2.3.2 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù) 30
2.3.3 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 34
2.3.4 傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式 37
2.3.5 傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)對(duì)輸出的影響 38
2.4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 38
2.4.1 結(jié)構(gòu)圖的概念 38
2.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的建立 39
2.4.3 結(jié)構(gòu)圖的等效變換 41
2.5 信號(hào)流圖與梅森公式 46
2.5.1 信號(hào)流圖巾的術(shù)語(yǔ) 46
2.5.2 信號(hào)流圖的繪制 47
2.5.3 梅森公式 48
2.6 應(yīng)用MATLAB進(jìn)行模型處理 50
2.6.1 拉氏變換與反變換 50
2.6.2 傳遞函數(shù) 51
2.7 例題精解 54
2.8 工程應(yīng)用實(shí)例 59
本章小結(jié) 59
習(xí)題 59
第3章 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析 63
3.1 引言 63
3.1.1 典型信號(hào) 64
3.1.2 性能指標(biāo) 65
3.2 一階系統(tǒng)的分析和計(jì)算 66
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 66
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) 67
3.2.3 單位斜坡響應(yīng) 68
3.2.4 單位脈沖響應(yīng) 69
3.3 二階系統(tǒng)的分析和計(jì)算 69
3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 69
3.3.2 卑位階躍響應(yīng) 70
3.3.3 二階系統(tǒng)性能指標(biāo)分析 73
3.3.4 單位脈沖響應(yīng) 75
3.4 改善二階系統(tǒng)性能的措施 76
3.4.1 二階系統(tǒng)的比例微分控制 76
3.4.2 二階系統(tǒng)的速度反饋控制 78
3.4.3 比例微分控制與速度反饋控制的比較 79
3.4.4 控制系統(tǒng)的基本控制律——比例積分微分控制 79
3.5 高階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng) 81
3.5.1 高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 81
3.5.2 高階系統(tǒng)性能估計(jì) 82
3.6 用MATLAB進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析 84
3.6.1 繪制響應(yīng)曲線 84
3.6.2 階躍響應(yīng)性能分析 85
3.6.3 應(yīng)用Simulink進(jìn)行仿真 86
3.7 穩(wěn)定性分析 87
3.7.1 穩(wěn)定性的概念和定義 87
3.7.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的條件 88
3.7.3 勞斯赫爾維茨判據(jù) 89
3.8 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算 92
3.8.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義 92
3.8.2 參考輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 94
3.8.3 擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 96
3.8.4 動(dòng)態(tài)誤差系數(shù) 98
3.9 例題精解 99
3.10 工程應(yīng)用實(shí)例 107
本章小結(jié) 107
習(xí)題 107
第4章 線性系統(tǒng)的根軌跡法 112
4.1 根軌跡的基本概念 112
4.1.1 閉環(huán)零、極點(diǎn)與開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)之間的關(guān)系 112
4.1.2 根軌跡的基本概念 113
4.2 根軌跡方程 114
4.3 根軌跡繪制的基本規(guī)則 115
4.3.1 180°根軌跡繪制的基本規(guī)則 116
4.3.2 零度根軌跡的繪制規(guī)則 123
4.4 典型反饋系統(tǒng)的根軌跡分析 125
4.4.1 反饋系統(tǒng)的根軌跡分析舉例 125
4.4.2 典型的根軌跡圖 128
4.4.3 非最小相位系統(tǒng)的根軌跡 129
4.4.4 參數(shù)根軌跡 130
4.5 用MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡 132
4.5.1 命令介紹 132
4.5.2 繪圖示例 133
4.6 例題精解 135
4.7 工程應(yīng)用實(shí)例 140
本章小結(jié) 140
習(xí)題 140
第5章 線性系統(tǒng)的頻域分析法 144
5.1 頻率特性的基本概念 144
5.1.1 頻率特性的定義 144
5.1.2 頻率特性的幾何表示法 145
5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 146
5.2.1 比例環(huán)節(jié) 146
5.2.2 積分環(huán)節(jié) 147
5.2.3 微分環(huán)節(jié) 148
5.2.4 慣性環(huán)節(jié) 149
5.2.5 階微分環(huán)節(jié) 150
5.2.6 振蕩環(huán)節(jié) 150
5.2.7 二階微分環(huán)節(jié) 153
5.2.8 延遲環(huán)節(jié) 153
5.3 控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性 153
5.3.1 開(kāi)環(huán)Nyquist圖 154
5.3.2 開(kāi)環(huán)Bode圖 155
5.3.3 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng) 157
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 159
5.4.1 輔助函數(shù)F(s) 159
5.4.2 幅角原理 160
5.4.3 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 161
5.4.4 對(duì)數(shù)頻率特性穩(wěn)定判據(jù) 163
5.5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度 165
5.6 閉環(huán)頻率特性 167
5.7 頻率特性分析 167
5.7.1 用開(kāi)環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能 168
5.7.2 開(kāi)環(huán)頻域性能指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系 169
5.7.3 開(kāi)環(huán)頻域指標(biāo)與閉環(huán)頻域指標(biāo)的關(guān)系 171
5.8 MATLAB頻率特性分析 172
5.8.1 Bode圖 172
5.8.2 Nyquist圖 174
5.8.3 Nichols圖 176
5.9 例題精解 177
5.10 工程應(yīng)用實(shí)例 180
本章小結(jié) 180
習(xí)題 181
第6章 控制系統(tǒng)綜合與設(shè)計(jì) 184
6.1 引言 184
6.1.1 性能指標(biāo) 184
6.1.2 控制系統(tǒng)校正的基本方法 184
6.2 校正方案 185
6.2.1 校正方式 185
6.2.2 校正裝置 185
6.2.3 校正方案 187
6.3 根軌跡法校正 187
6.3.1 基于根軌跡法的超前校正 187
6.3.2 基于根軌跡法的滯后校正 189
6.3.3 基于根軌跡法的滯后超前校正 190
6.4 頻率響應(yīng)法校正 191
6.4.1 應(yīng)用伯德圖設(shè)計(jì)的思路 191
6.4.2 頻率響應(yīng)超前校正 192
6.4.3 頻率響應(yīng)滯后校正 197
6.4.4 頻率響應(yīng)滯后超前校正 200
6.5 反饋校正 203
6.6 例題精解 204
6.7 工程應(yīng)用實(shí)例 209
本章小結(jié) 209
習(xí)題 210
第7章 非線性控制系統(tǒng) 212
7.1 引言 212
7.1.1 非線性控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 212
7.1.2 典型非線性特性 213
7.2 描述函數(shù)法 215
7.2.1 描述函數(shù)的含義 215
7.2.2 典型非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù) 216
7.2.3 典型非線性環(huán)節(jié)組合時(shí)的描述函數(shù) 221
7.3 非線性控制系統(tǒng)描述函數(shù)分析 223
7.3.1 非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性 223
7.3.2 自持振蕩分析 224
7.4 相平面法 227
7.4.1 相平面的基本概念 227
7.4.2 柏平面的特點(diǎn) 228
7.4.3 線性系統(tǒng)相軌跡 229
7.4.4 相軌跡繪制 232
7.5 非線性系統(tǒng)相平面分析 234
7.5.1 奇點(diǎn)與極限環(huán) 234
7.5.2 相平面法分析非線性系統(tǒng) 237
7.6 例題精解 241
7.7 工程應(yīng)用實(shí)例 245
本章小結(jié) 245
習(xí)題 245
第8章 離散控制系統(tǒng) 249
8.1 離散系統(tǒng)的基本概念 249
8.1.1 采樣控制系統(tǒng) 249
8.1.2 數(shù)字控制系統(tǒng) 251
8.1.3 離散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 252
8.2 信號(hào)的采樣與保持 253
8.2.1 采樣過(guò)程 253
8.2.2 采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)描述 254
8.2.3 采樣定理 256
8.2.4 信號(hào)保持 257
8.3 Z變換 260
8.3.1 Z變換的定義 260
8.3.2 Z變換的方法 260
8.3.3 Z變換的性質(zhì) 263
8.3.4 Z反變換 263
8.4 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 264
8.4.1 差分方程 265
8.4.2 脈沖傳遞函數(shù) 266
8.5 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差 272
8.5.1 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性 279
8.5.2 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 276
8.6 離散系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析 278
8.7 離散系統(tǒng)的數(shù)字校正 280
8.8 MATLAB離散控制系統(tǒng)分析 281
8.8.1 Z變換和Z反變換 281
8.8.2 連續(xù)系統(tǒng)的離散化 281
8.8.3 采樣系統(tǒng)的響應(yīng) 282
8.9 例題精解 283
8.10 工程應(yīng)用實(shí)例 286
本章小結(jié) 286
習(xí)題 287
習(xí)題參考答案 290
參考文獻(xiàn) 300
光盤(pán)與紙質(zhì)教材關(guān)聯(lián)索引 301