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自動控制原理 版權信息
- ISBN：9787560643304
- 條形碼：9787560643304 ; 978-7-5606-4330-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
自動控制原理 內容簡介
本書比較全面地闡述了自動控制的基本原理,分為經典控制理論和現代控制理論兩大部分。全書共分十四章,主要內容包括:自動控制原理數學基礎、緒論、控制系統的數學模型、控制系統的時域分析、控制系統的根軌跡分析、控制系統的頻域分析、控制系統的校正、非線性系統的分析、線性離散時間控制系統、控制系統的狀態空間描述、線性控制系統的運動分析、線性控制系統的能控性與能觀測性、控制系統的穩定性、線性定常系統的狀態反饋和狀態觀測器設計。附錄給出了自動控制原理MATLAB仿真的常用命令。全書內容取材新穎,闡述深入淺出。為了便于自學,各章均包括豐富的例題和習題！ ”緯勺鳛楣た圃盒；驊眯捅究谱詣踊、電氣工程及自動化、通信工程、電子信息工程、測控技術與儀器、機電一體化等專業的本科生教材或主要參考書,也可供相關專業的研究生或從事自動化工作的工程技術人員參考。
自動控制原理 目錄
上部: 經典控制理論
第0章 自動控制原理數學基礎 2 0.1 拉普拉斯變換 2 0.1.1 拉普拉斯變換的定義 2 0.1.2 拉普拉斯變換的基本性質 3 0.1.3 用拉普拉斯變換解線性微分方程 4 0.2 輻角原理 6 0.2.1 函數F(s)的映射 6 0.2.2 輻角原理 7 0.3 Z變換理論 8 0.3.1 Z變換的定義 8 0.3.2 Z變換的性質 11 0.3.3 Z反變換 12 習題0 14第1章 緒論 15 1.1 自動控制的發展簡史 15 1.1.1 經典控制理論 16 1.1.2 現代控制理論 16 1.1.3 智能控制理論 16 1.2 開環控制系統與閉環控制系統 17 1.3 典型自動控制系統 18 1.4 自動控制系統的類型 19 1.4.1 線性系統和非線性系統 19 1.4.2 連續時間系統和離散時間系統 19 1.4.3 定值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統 19 1.5 自動控制系統的性能指標 20 1.5.1 對控制系統的基本要求 20 1.5.2 穩態性能指標 20 1.5.3 暫態性能指標 21 習題1 21第2章 控制系統的數學模型 22 2.1 微分方程式的建立 22 2.1.1 機械系統 22 2.1.2 電氣系統 23 2.2 非線性數學模型的線性化 24 2.3 傳遞函數 27 2.3.1 傳遞函數的定義 27 2.3.2 傳遞函數的性質 28 2.3.3 傳遞函數的常用形式 29 2.3.4 典型環節及其傳遞函數 30 2.4 系統傳遞函數和結構圖的等效變換 34 2.4.1 結構圖的組成 34 2.4.2 典型連接的等效傳遞函數 35 2.4.3 比較點及引出點的變位運算 38 2.4.4 系統對給定作用和擾動作用的傳遞函數 44 2.5 信號流圖 46 2.5.1 信號流圖的組成 46 2.5.2 信號流圖的常用術語 46 2.5.3 信號流圖的性質 47 2.5.4 信號流圖的繪制 47 2.5.5 梅遜增益公式 49 習題2 52第3章 控制系統的時域分析 55 3.1 自動控制系統的時域指標 55 3.1.1 自動控制系統的典型輸入信號 55 3.1.2 自動控制系統的時域指標 57 3.2 一階系統的動態響應 60 3.2.1 一階系統的數學模型 60 3.2.2 一階系統的單位階躍響應 60 3.2.3 一階系統的單位脈沖響應 61 3.2.4 一階系統的單位斜坡響應和單位加速度響應 62 3.3 二階系統的階躍響應 63 3.3.1 典型二階系統的數學模型 63 3.3.2 二階系統的動態性能指標 64 3.3.3 二階系統特征參數與動態性能指標之間的關系 72 3.3.4 二階系統工程*佳參數 73 3.3.5 零點對二階系統動態性能的影響 74 3.4 高階系統的動態響應 75 3.4.1 高階系統的階躍響應 75 3.4.2 高階系統的降階 76 3.5 自動控制系統的代數穩定判據 78 3.5.1 線性系統穩定性的概念和穩定的充分必要條件 78 3.5.2 勞斯穩定判據 80 3.5.3 赫爾維茨穩定判據 83 3.5.4 參數對穩定性的影響 84 3.5.5 相對穩定性和穩定裕量 85 3.6 控制系統的穩態誤差 86 3.6.1 穩態誤差的定義及計算 86 3.6.2 靜態誤差系數法計算穩態誤差 90 3.6.3 減小穩態誤差的方法 94 習題3 95第4章 控制系統的根軌跡分析 98 4.1 根軌跡的基本概念 98 4.1.1 引例 98 4.1.2 根軌跡方程 99 4.2 繪制根軌跡的基本規則 100 4.3 控制系統根軌跡繪制舉例 108 4.4 廣義根軌跡 112 4.4.1 參數根軌跡 112 4.4.2 正反饋系統根軌跡的繪制 113 4.4.3 非*小相位系統根軌跡的繪制 115 4.5 線性系統的根軌跡分析方法 116 4.5.1 線性系統的根軌跡分析舉例 116 4.5.2 增加開環零極點對根軌跡的影響 119 習題4 119第5章 控制系統的頻域分析 123 5.1 頻率特性 123 5.1.1 頻率特性的基本概念 123 5.1.2 頻率特性的定義 126 5.1.3 頻率特性的幾何表示法 126 5.2 典型環節的頻率特性 128 5.3 系統的開環頻率特性 138 5.3.1 *小相位系統和非*小相位系統 138 5.3.2 開環幅相曲線（極坐標圖）的繪制 139 5.3.3 開環對數頻率特性曲線的繪制 142 5.4 奈奎斯特判據和系統的相對穩定性 145 5.4.1 映射定理 146 5.4.2 奈奎斯特穩定判據 146 5.4.3 虛軸上有開環極點時的奈氏判據 147 5.4.4 根據伯德圖判斷系統的穩定性 150 5.4.5 系統的相對穩定性和穩定裕度 151 5.4.6 截止頻率ωc的近似求取法 154 5.4.7 “三頻段”的概念 155 習題5 157第6章 控制系統的校正 162 6.1 系統的設計與校正問題 162 6.1.1 被控對象 162 6.1.2 控制系統的性能指標 162 6.1.3 系統帶寬的選擇 163 6.1.4 校正方式 164 6.2 頻率法串聯超前校正 165 6.2.1 無源超前校正網絡及其特性 165 6.2.2 頻率法串聯超前校正 167 6.3 頻率法串聯滯后校正 170 6.3.1 無源滯后網絡及其特性 170 6.3.2 頻率法串聯滯后校正 172 6.4 頻率法反饋校正 174 6.5 控制系統的復合校正 177 6.5.1 按擾動補償的復合校正 177 6.5.2 按輸入補償的復合校正 179 習題6 180第7章 非線性系統的分析 184 7.1 非線性系統概述 184 7.1.1 非線性系統的描述與特點 184 7.1.2 典型的非線性特性 186 7.1.3 非線性系統的分析方法 190 7.2 相平面分析法 190 7.2.1 相平面的基本概念 190 7.2.2 線性系統的相軌跡 193 7.2.3 非線性系統的相軌跡 196 7.2.4 非線性系統的相平面分析 200 7.3 描述函數分析法 202 7.3.1 描述函數的定義 202 7.3.2 典型非線性環節的描述函數 204 7.3.3 描述函數分析法 207 7.3.4 非線性系統的簡化 212 習題7 214第8章 線性離散時間控制系統 217 8.1 信號采樣與采樣定理 217 8.1.1 概述 217 8.1.2 采樣過程 218 8.1.3 采樣定理 219 8.2 信號保持器 220 8.2.1 零階保持器 221 8.2.2 一階保持器 223 8.3 離散系統的數學模型 223 8.3.1 差分方程 224 8.3.2 差分方程求解 225 8.3.3 脈沖傳遞函數 225 8.3.4 一種求取閉環脈沖傳遞函數的簡易方法 230 8.4 離散系統的穩定性分析 232 8.4.1 離散系統的穩定條件 232 8.4.2 離散系統的勞斯穩定判據 233 8.4.3 離散系統的朱利穩定判據 235 8.4.4 采樣周期與開環增益對穩定性的影響 237 8.5 離散系統的穩態誤差 237 8.6 離散系統的動態性能 239 8.7 離散系統的校正 241 8.7.1 數字控制器的脈沖傳遞函數 241 8.7.2 *少拍系統的脈沖傳遞函數 242 習題8 246下部: 現代控制理論第9章 控制系統的狀態空間描述 250 9.1 控制系統中狀態的基本概念 250 9.2 控制系統的狀態空間表達式 251 9.2.1 狀態空間表達式的概念 251 9.2.2 狀態空間表達式的一般形式 252 9.2.3 狀態空間表達式的系統結構圖與模擬結構圖 255 9.3 根據系統的物理機理建立狀態空間表達式 256 9.4 根據系統的微分方程建立狀態空間表達式 257 9.4.1 微分方程中不含有輸入信號的導數項 258 9.4.2 微分方程中含有輸入信號的導數項 259 9.5 根據系統的方框圖或傳遞函數建立狀態空間表達式 263 9.5.1 幾種常見環節的狀態變量圖 263 9.5.2 由傳遞函數導出狀態空間模型 264 9.6 從狀態空間表達式求取傳遞函數矩陣 268 9.7 系統狀態空間表達式的特征標準型 269 9.7.1 系統狀態的線性變換 269 9.7.2 系統的特征值和特征向量 270 9.7.3 狀態方程的對角線標準型 272 9.7.4 狀態方程的約當（Jordan）標準型 275 習題9 277第10章 線性控制系統的運動分析 280 10.1 線性定常齊次系統狀態方程的解 280 10.1.1 標量微分方程的解 280 10.1.2 齊次狀態方程的解 280 10.2 狀態轉移矩陣 281 10.2.1 狀態轉移矩陣的性質 281 10.2.2 幾個特殊的狀態轉移矩陣 281 10.2.3 狀態轉移矩陣的一般求法 283 習題10 289第11章 線性控制系統的能控性與能觀測性 291 11.1 問題的提出 291 11.2 線性連續系統的能控性 292 11.2.1 時變系統的能控性 292 11.2.2 定常系統的能控性 293 11.2.3 狀態能控性條件的標準型判據 296 11.3 線性連續系統的能觀測性 298 11.3.1 時變系統的能觀測性 298 11.3.2 定常系統的能觀測性 299 11.3.3 狀態能觀測性的標準型判據 300 11.4 對偶原理 302 11.4.1 線性系統的對偶關系 302 11.4.2 對偶原理 303 11.5 線性系統的能控標準型和能觀測標準型 304 11.5.1 系統的能控標準型 304 11.5.2 系統的能觀測標準型 306 11.6 線性系統的結構分解 308 11.6.1 系統按能控性的結構分解 308 11.6.2 系統按能觀測性的結構分解 311 11.6.3 按能控性和能觀測性分解 314 11.7 系統的實現 315 11.7.1 基本概念 315 11.7.2 系統的能控標準型和能觀測標準型實現 316 11.7.3 *小實現 320 11.7.4 系統的約當標準型實現 321 11.8 傳遞函數陣與能控性、能觀測性的關系 321 11.8.1 單變量系統 321 11.8.2 多變量系統 322 習題11 323第12章 控制系統的穩定性 327 12.1 概述 327 12.2 李雅普諾夫穩定性定義 327 12.2.1 平衡狀態 327 12.2.2 范數的概念 328 12.2.3 李雅普諾夫穩定性 328 12.3 李雅普諾夫穩定性理論 330 12.3.1 李雅普諾夫**法 330 12.3.2 李雅普諾夫第二法的二次型函數 331 12.3.3 李雅普諾夫第二法 334 12.4 線性定常連續系統的李雅普諾夫穩定性分析 337 12.5 線性定常離散系統的李雅普諾夫穩定性分析 338 習題12 339第13章 線性定常系統的狀態反饋和狀態觀測器設計 341 13.1 狀態反饋與輸出反饋 341 13.1.1 狀態反饋 341 13.1.2 輸出反饋 343 13.1.3 對兩種反饋形式的討論 343 13.2 閉環系統的極點配置 344 13.2.1 極點配置定理 344 13.2.2 狀態反饋增益矩陣k的計算 344 13.2.3 采用輸出反饋配置系統的極點 348 13.3 狀態觀測器的設計 348 13.3.1 狀態觀測器模型 348 13.3.2 觀測器的定義及存在條件 350 13.3.3 狀態觀測器的設計 350 13.4 帶觀測器的狀態反饋系統 352 13.4.1 系統的結構和狀態空間表達式 352 13.4.2 閉環系統的基本特性 353 習題13 355附錄 自動控制原理MATLAB仿真常用命令一覽表 358參考文獻 366
第0章 自動控制原理數學基礎 2 0.1 拉普拉斯變換 2 0.1.1 拉普拉斯變換的定義 2 0.1.2 拉普拉斯變換的基本性質 3 0.1.3 用拉普拉斯變換解線性微分方程 4 0.2 輻角原理 6 0.2.1 函數F(s)的映射 6 0.2.2 輻角原理 7 0.3 Z變換理論 8 0.3.1 Z變換的定義 8 0.3.2 Z變換的性質 11 0.3.3 Z反變換 12 習題0 14第1章 緒論 15 1.1 自動控制的發展簡史 15 1.1.1 經典控制理論 16 1.1.2 現代控制理論 16 1.1.3 智能控制理論 16 1.2 開環控制系統與閉環控制系統 17 1.3 典型自動控制系統 18 1.4 自動控制系統的類型 19 1.4.1 線性系統和非線性系統 19 1.4.2 連續時間系統和離散時間系統 19 1.4.3 定值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統 19 1.5 自動控制系統的性能指標 20 1.5.1 對控制系統的基本要求 20 1.5.2 穩態性能指標 20 1.5.3 暫態性能指標 21 習題1 21第2章 控制系統的數學模型 22 2.1 微分方程式的建立 22 2.1.1 機械系統 22 2.1.2 電氣系統 23 2.2 非線性數學模型的線性化 24 2.3 傳遞函數 27 2.3.1 傳遞函數的定義 27 2.3.2 傳遞函數的性質 28 2.3.3 傳遞函數的常用形式 29 2.3.4 典型環節及其傳遞函數 30 2.4 系統傳遞函數和結構圖的等效變換 34 2.4.1 結構圖的組成 34 2.4.2 典型連接的等效傳遞函數 35 2.4.3 比較點及引出點的變位運算 38 2.4.4 系統對給定作用和擾動作用的傳遞函數 44 2.5 信號流圖 46 2.5.1 信號流圖的組成 46 2.5.2 信號流圖的常用術語 46 2.5.3 信號流圖的性質 47 2.5.4 信號流圖的繪制 47 2.5.5 梅遜增益公式 49 習題2 52第3章 控制系統的時域分析 55 3.1 自動控制系統的時域指標 55 3.1.1 自動控制系統的典型輸入信號 55 3.1.2 自動控制系統的時域指標 57 3.2 一階系統的動態響應 60 3.2.1 一階系統的數學模型 60 3.2.2 一階系統的單位階躍響應 60 3.2.3 一階系統的單位脈沖響應 61 3.2.4 一階系統的單位斜坡響應和單位加速度響應 62 3.3 二階系統的階躍響應 63 3.3.1 典型二階系統的數學模型 63 3.3.2 二階系統的動態性能指標 64 3.3.3 二階系統特征參數與動態性能指標之間的關系 72 3.3.4 二階系統工程*佳參數 73 3.3.5 零點對二階系統動態性能的影響 74 3.4 高階系統的動態響應 75 3.4.1 高階系統的階躍響應 75 3.4.2 高階系統的降階 76 3.5 自動控制系統的代數穩定判據 78 3.5.1 線性系統穩定性的概念和穩定的充分必要條件 78 3.5.2 勞斯穩定判據 80 3.5.3 赫爾維茨穩定判據 83 3.5.4 參數對穩定性的影響 84 3.5.5 相對穩定性和穩定裕量 85 3.6 控制系統的穩態誤差 86 3.6.1 穩態誤差的定義及計算 86 3.6.2 靜態誤差系數法計算穩態誤差 90 3.6.3 減小穩態誤差的方法 94 習題3 95第4章 控制系統的根軌跡分析 98 4.1 根軌跡的基本概念 98 4.1.1 引例 98 4.1.2 根軌跡方程 99 4.2 繪制根軌跡的基本規則 100 4.3 控制系統根軌跡繪制舉例 108 4.4 廣義根軌跡 112 4.4.1 參數根軌跡 112 4.4.2 正反饋系統根軌跡的繪制 113 4.4.3 非*小相位系統根軌跡的繪制 115 4.5 線性系統的根軌跡分析方法 116 4.5.1 線性系統的根軌跡分析舉例 116 4.5.2 增加開環零極點對根軌跡的影響 119 習題4 119第5章 控制系統的頻域分析 123 5.1 頻率特性 123 5.1.1 頻率特性的基本概念 123 5.1.2 頻率特性的定義 126 5.1.3 頻率特性的幾何表示法 126 5.2 典型環節的頻率特性 128 5.3 系統的開環頻率特性 138 5.3.1 *小相位系統和非*小相位系統 138 5.3.2 開環幅相曲線（極坐標圖）的繪制 139 5.3.3 開環對數頻率特性曲線的繪制 142 5.4 奈奎斯特判據和系統的相對穩定性 145 5.4.1 映射定理 146 5.4.2 奈奎斯特穩定判據 146 5.4.3 虛軸上有開環極點時的奈氏判據 147 5.4.4 根據伯德圖判斷系統的穩定性 150 5.4.5 系統的相對穩定性和穩定裕度 151 5.4.6 截止頻率ωc的近似求取法 154 5.4.7 “三頻段”的概念 155 習題5 157第6章 控制系統的校正 162 6.1 系統的設計與校正問題 162 6.1.1 被控對象 162 6.1.2 控制系統的性能指標 162 6.1.3 系統帶寬的選擇 163 6.1.4 校正方式 164 6.2 頻率法串聯超前校正 165 6.2.1 無源超前校正網絡及其特性 165 6.2.2 頻率法串聯超前校正 167 6.3 頻率法串聯滯后校正 170 6.3.1 無源滯后網絡及其特性 170 6.3.2 頻率法串聯滯后校正 172 6.4 頻率法反饋校正 174 6.5 控制系統的復合校正 177 6.5.1 按擾動補償的復合校正 177 6.5.2 按輸入補償的復合校正 179 習題6 180第7章 非線性系統的分析 184 7.1 非線性系統概述 184 7.1.1 非線性系統的描述與特點 184 7.1.2 典型的非線性特性 186 7.1.3 非線性系統的分析方法 190 7.2 相平面分析法 190 7.2.1 相平面的基本概念 190 7.2.2 線性系統的相軌跡 193 7.2.3 非線性系統的相軌跡 196 7.2.4 非線性系統的相平面分析 200 7.3 描述函數分析法 202 7.3.1 描述函數的定義 202 7.3.2 典型非線性環節的描述函數 204 7.3.3 描述函數分析法 207 7.3.4 非線性系統的簡化 212 習題7 214第8章 線性離散時間控制系統 217 8.1 信號采樣與采樣定理 217 8.1.1 概述 217 8.1.2 采樣過程 218 8.1.3 采樣定理 219 8.2 信號保持器 220 8.2.1 零階保持器 221 8.2.2 一階保持器 223 8.3 離散系統的數學模型 223 8.3.1 差分方程 224 8.3.2 差分方程求解 225 8.3.3 脈沖傳遞函數 225 8.3.4 一種求取閉環脈沖傳遞函數的簡易方法 230 8.4 離散系統的穩定性分析 232 8.4.1 離散系統的穩定條件 232 8.4.2 離散系統的勞斯穩定判據 233 8.4.3 離散系統的朱利穩定判據 235 8.4.4 采樣周期與開環增益對穩定性的影響 237 8.5 離散系統的穩態誤差 237 8.6 離散系統的動態性能 239 8.7 離散系統的校正 241 8.7.1 數字控制器的脈沖傳遞函數 241 8.7.2 *少拍系統的脈沖傳遞函數 242 習題8 246下部: 現代控制理論第9章 控制系統的狀態空間描述 250 9.1 控制系統中狀態的基本概念 250 9.2 控制系統的狀態空間表達式 251 9.2.1 狀態空間表達式的概念 251 9.2.2 狀態空間表達式的一般形式 252 9.2.3 狀態空間表達式的系統結構圖與模擬結構圖 255 9.3 根據系統的物理機理建立狀態空間表達式 256 9.4 根據系統的微分方程建立狀態空間表達式 257 9.4.1 微分方程中不含有輸入信號的導數項 258 9.4.2 微分方程中含有輸入信號的導數項 259 9.5 根據系統的方框圖或傳遞函數建立狀態空間表達式 263 9.5.1 幾種常見環節的狀態變量圖 263 9.5.2 由傳遞函數導出狀態空間模型 264 9.6 從狀態空間表達式求取傳遞函數矩陣 268 9.7 系統狀態空間表達式的特征標準型 269 9.7.1 系統狀態的線性變換 269 9.7.2 系統的特征值和特征向量 270 9.7.3 狀態方程的對角線標準型 272 9.7.4 狀態方程的約當（Jordan）標準型 275 習題9 277第10章 線性控制系統的運動分析 280 10.1 線性定常齊次系統狀態方程的解 280 10.1.1 標量微分方程的解 280 10.1.2 齊次狀態方程的解 280 10.2 狀態轉移矩陣 281 10.2.1 狀態轉移矩陣的性質 281 10.2.2 幾個特殊的狀態轉移矩陣 281 10.2.3 狀態轉移矩陣的一般求法 283 習題10 289第11章 線性控制系統的能控性與能觀測性 291 11.1 問題的提出 291 11.2 線性連續系統的能控性 292 11.2.1 時變系統的能控性 292 11.2.2 定常系統的能控性 293 11.2.3 狀態能控性條件的標準型判據 296 11.3 線性連續系統的能觀測性 298 11.3.1 時變系統的能觀測性 298 11.3.2 定常系統的能觀測性 299 11.3.3 狀態能觀測性的標準型判據 300 11.4 對偶原理 302 11.4.1 線性系統的對偶關系 302 11.4.2 對偶原理 303 11.5 線性系統的能控標準型和能觀測標準型 304 11.5.1 系統的能控標準型 304 11.5.2 系統的能觀測標準型 306 11.6 線性系統的結構分解 308 11.6.1 系統按能控性的結構分解 308 11.6.2 系統按能觀測性的結構分解 311 11.6.3 按能控性和能觀測性分解 314 11.7 系統的實現 315 11.7.1 基本概念 315 11.7.2 系統的能控標準型和能觀測標準型實現 316 11.7.3 *小實現 320 11.7.4 系統的約當標準型實現 321 11.8 傳遞函數陣與能控性、能觀測性的關系 321 11.8.1 單變量系統 321 11.8.2 多變量系統 322 習題11 323第12章 控制系統的穩定性 327 12.1 概述 327 12.2 李雅普諾夫穩定性定義 327 12.2.1 平衡狀態 327 12.2.2 范數的概念 328 12.2.3 李雅普諾夫穩定性 328 12.3 李雅普諾夫穩定性理論 330 12.3.1 李雅普諾夫**法 330 12.3.2 李雅普諾夫第二法的二次型函數 331 12.3.3 李雅普諾夫第二法 334 12.4 線性定常連續系統的李雅普諾夫穩定性分析 337 12.5 線性定常離散系統的李雅普諾夫穩定性分析 338 習題12 339第13章 線性定常系統的狀態反饋和狀態觀測器設計 341 13.1 狀態反饋與輸出反饋 341 13.1.1 狀態反饋 341 13.1.2 輸出反饋 343 13.1.3 對兩種反饋形式的討論 343 13.2 閉環系統的極點配置 344 13.2.1 極點配置定理 344 13.2.2 狀態反饋增益矩陣k的計算 344 13.2.3 采用輸出反饋配置系統的極點 348 13.3 狀態觀測器的設計 348 13.3.1 狀態觀測器模型 348 13.3.2 觀測器的定義及存在條件 350 13.3.3 狀態觀測器的設計 350 13.4 帶觀測器的狀態反饋系統 352 13.4.1 系統的結構和狀態空間表達式 352 13.4.2 閉環系統的基本特性 353 習題13 355附錄 自動控制原理MATLAB仿真常用命令一覽表 358參考文獻 366
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