第1章 自動控制系統概述 1
1.1 導言 1
1.2 自動控制系統的組成結構與基本原理 1
1.2.1 自動控制系統的組成結構 1
1.2.2 幾種典型自動控制系統的基本原理 2
1.3 控制系統的分類與性能要求 6
1.3.1 控制系統的分類 6
1.3.2 控制系統的性能要求 8
本章小結 9
習題1 9
第2章 自動控制系統的數學模型 12
2.1 微分方程的建立 12
2.2 利用拉式變換與反變換求解線性微分方程 14
2.2.1 拉氏變換的定義 14
2.2.2 幾種典型函數的拉氏變換 15
2.2.3 拉氏變換的主要定理 17
2.2.4 拉氏反變換 18
2.2.5 應用拉氏變換解線性微分方程 21
2.3 傳遞函數 22
2.3.1 傳遞函數的定義 22
2.3.2 傳遞函數的性質 23
2.3.3 傳遞函數的求取 23
2.4 動態結構圖 25
2.4.1 動態結構圖的概念 25
2.4.2 動態結構圖的建立 26
2.4.3 動態結構圖的等效變換及化簡 26
2.5 典型環節的傳遞函數 32
2.5.1 比例環節 32
2.5.2 積分環節 33
2.5.3 理想微分環節 34
2.5.4 慣性環節 34
2.5.5 比例微分環節 35
2.5.6 振蕩環節 35
2.5.7 延遲環節 36
2.6 自動控制系統的傳遞函數 36
2.6.1 閉環控制系統的開環傳遞函數 37
2.6.2 閉環控制系統的閉環傳遞函數 37
2.6.3 閉環控制系統的偏差傳遞函數 38
本章小結 39
習題2 40
第3章 自動控制系統的時域分析 43
3.1 典型信號與系統的時域性能指標 43
3.1.1 典型輸入信號及其時間響應 43
3.1.2 控制系統的時域性能指標 46
3.2 控制系統的穩定性分析 47
3.2.1 穩定的基本概念 47
3.2.2 線性系統穩定的充分必要條件 48
3.2.3 系統穩定性的代數判據 49
3.3 一階系統的時域分析 51
3.3.1 一階系統的數學模型 51
3.3.2 一階系統單位階躍響應的性能指標 52
3.4 二階系統的時域分析 54
3.4.1 二階系統的數學模型 54
3.4.2 二階系統的特征根及性質 55
3.4.3 二階系統的單位階躍響應 55
3.4.5 典型二階系統欠阻尼狀態的動態性能指標 58
3.5 穩態性能的時域分析 60
3.5.1 系統誤差與穩態誤差 60
3.5.2 穩態誤差的計算 60
3.5.3 系統型別與輸入信號作用下的穩態誤差 61
3.5.4 擾動信號作用下的穩態誤差 64
本章小結 65
習題3 66
第4章 自動控制系統的頻域分析 69
4.1 頻率特性的概念 69
4.1.1 頻率特性的定義 69
4.1.2 頻率特性與傳遞函數的關系 70
4.1.3 頻率特性的圖形表示方法 71
4.2 典型環節的伯德圖 72
4.2.1 比例環節的伯德圖 72
4.2.2 積分環節的伯德圖 73
4.2.3 慣性環節的伯德圖 74
4.2.4 理想微分環節的伯德圖 75
4.2.5 一階微分環節的伯德圖 75
4.2.6 振蕩環節的伯德圖 76
4.2.7 延遲環節的伯德圖 78
4.3 系統開環對數頻率特性曲線的繪制 78
4.3.1 繪制原則 78
4.3.2 系統開環對數頻率特性曲線繪制舉例 79
4.3.3 *小相位系統 83
4.4 系統穩定性的頻域分析 86
4.4.1 對數頻率穩定判據 86
4.4.2 穩定裕量 88
4.5 系統性能的頻域分析 90
4.5.1 三頻段的概念 90
4.5.2 系統開環頻率特性與動態性能指標的關系 92
4.6 MATLAB在頻域分析中的應用 94
本章小結 97
習題4 97
第5章 自動控制系統的校正 101
5.1 系統校正概述 101
5.1.1 系統校正的基本概念 101
5.1.2 校正的類型 101
5.1.3 常用校正裝置 101
5.1.4 頻域法校正系統設計方法 103
5.1.5 性能指標 103
5.2 串聯校正 104
5.2.1 串聯比例校正 104
5.2.2 串聯比例微分校正 106
5.2.3 串聯比例積分校正 107
5.2.4 串聯比例積分微分校正 109
5.3 反饋校正 110
5.4 前饋控制的概念 112
5.5 自動控制系統的一般設計方法 114
5.5.1 自動控制系統設計的基本步驟 114
5.5.2 系統固有部分頻率特性的簡化處理 114
5.5.3 系統預期開環對數頻率特性的確定 116
本章小結 117
習題5 118
第6章 直流調速系統 119
6.1 單閉環直流調速系統 119
6.1.1 直流調速系統的基本概念 119
6.1.2 直流調速系統的主要性能指標 119
6.1.3 轉速單閉環直流調速系統的組成結構和控制原理 121
6.1.4 轉速單閉環直流調速系統的性能分析 122
6.2 電流、轉速雙閉環直流調速系統 124
6.2.1 電流、轉速雙閉環直流調速系統的組成結構和控制原理 125
6.2.2 電流、轉速雙閉環直流調速系統的性能分析 130
6.2.3 雙閉環直流調速系統的典型參數計算 133
本章小結 133
習題6 134
第7章 位置隨動系統 135
7.1 位置隨動系統的組成結構 135
7.2 位置隨動系統的工作原理 136
7.2.1 位置隨動系統的原理圖 136
7.2.2 位置隨動系統的方框圖 138
7.2.3 位置隨動系統的性能分析 139
本章小結 140
習題7 140
第8章 自動控制系統的分析和調試 141
8.1 自動控制系統的分析 141
8.1.1 了解工作對象對系統的要求 141
8.1.2 搞清系統各單元的工作原理 142
8.2 自動控制系統的調試 142
8.2.1 系統調試前的準備工作 142
8.2.2 系統調試過程舉例 143
8.3 自動控制系統的維護與檢修 144
8.3.1 自動控制系統的維護 144
8.3.2 自動控制系統的檢修 145
本章小結 145
習題8 146
附錄 部分習題參考答案 147
參考文獻 160