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自動控制系統(第3版) 版權信息
- ISBN：9787121461460
- 條形碼：9787121461460 ; 978-7-121-46146-0
- 裝幀：平塑
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
自動控制系統(第3版) 內容簡介
本書主要講述自動控制原理及其應用，并系統介紹自動控制系統的基本概念、基本理論、分析與設計方法。全書共9章，第1章為緒論，第2章為控制系統的數學模型，第3章為控制系統時域分析，第4章為根軌跡技術，第5章為線性定常系統的頻域分析法，第6章為控制系統的校正設計，第7章為狀態變量系統分析與設計，第8章為數字控制系統，第9章為自動控制系統設計實例。 本書以培養應用型、研究型人才為主線，通過新穎且充滿挑戰性的問題，讓學生在尋找問題答案的過程中，充分體會發現的樂趣。本書強調以人為本的思想，每章介紹一位與信息自動化學科有關的國際知名學者，同時介紹信息學科某個專業的主要內容和就業方向，正確引導學生了解信息學科各專業的培養目標及相互聯系。 本書可作為高等學校自動化類、電氣工程類、電子信息類專業的教材，也可作為人工智能、機械、化工、航空航天等相關專業的教材，還可作為相關工程技術人員的參考書。
自動控制系統(第3版) 目錄
目 錄
第1章 緒論 001
1.1 引言 002
1.2 自動控制的定義和歷史回顧 002
1.3 自動控制系統舉例及術語定義 004
1.3.1 液位控制系統 004
1.3.2 溫度控制系統 005
1.3.3 自動控制系統術語定義 005
1.4 自動控制系統的基本控制方式 006
1.4.1 開環控制 006
1.4.2 閉環控制 007
1.4.3 復合控制 007
1.5 自動控制系統的分類 008
1.6 自動控制系統的基本要求 010
1.7 自動控制系統課程的性質和內容 010
小結 011
關鍵術語和概念 011
拓展您的事業——電子學 012
習題1 012
第2章 控制系統的數學模型 015
2.1 引言 016
2.2 控制系統的時域數學模型 016
2.2.1 微分方程與狀態變量數學模型 016
2.2.2 線性定常微分方程的解 023
2.2.3 非線性系統的線性化 023
2.2.4 運動的模態 026
2.3 控制系統的復數域數學模型 027
2.3.1 傳遞函數的定義和性質 027
2.3.2 傳遞函數的零點和極點 028
2.3.3 傳遞函數用于分析控制系統的性能 028
2.3.4 傳遞函數數學模型建立舉例 030
2.4 控制系統的方框圖與信號流圖 032
2.4.1 控制系統的方框圖 032
2.4.2 方框圖的等效變換和簡化 035
2.4.3 信號流圖 037
2.4.4 多輸入系統的傳遞函數 039
2.5 輸入/輸出數學模型與狀態變量數學模型之間的關系 040
2.5.1 由輸入/輸出數學模型轉換為狀態變量數學模型 040
2.5.2 由狀態變量數學模型轉換為輸入/輸出數學模型 045
2.5.3 線性定常系統在坐標變換下的特性 045
2.6 數學模型的實驗測定法 048
2.6.1 數學模型實驗測定的主要方法 048
2.6.2 數學模型的工程辨識 049
2.7 MATLAB軟件用于控制系統數學模型建立與仿真 049
小結 053
關鍵術語和概念 054
拓展您的事業——電氣工程學科 054
習題 2 055
第3章 控制系統時域分析 058
3.1 引言 059
3.1.1 典型輸入信號 059
3.1.2 時域性能指標 060
3.2 幾種控制系統的時域分析 061
3.2.1 一階系統的時域分析 061
3.2.2 典型二階系統的時域分析 063
3.2.3 高階系統的時域分析 072
3.2.4 MATLAB軟件分析控制系統時域響應 074
3.3 線性定常系統的穩定性分析 078
3.3.1 穩定性的定義及線性定常系統穩定的充分必要條件 078
3.3.2 勞斯-赫爾維茨判據 081
3.3.3 勞斯-赫爾維茨判據的應用 084
3.4 控制系統的穩態誤差分析 085
3.4.1 誤差定義及穩態誤差 085
3.4.2 穩態誤差的計算 086
3.4.3 擾動作用下的穩態誤差 090
3.4.4 減小或消除穩態誤差的措施 093
小結 095
關鍵術語和概念 096
拓展您的事業——自動化學科 097
習題3 097
第4章 根軌跡技術 103
4.1 引言 104
4.1.1 根軌跡的基本概念 104
4.1.2 根軌跡方程 105
4.2 根軌跡繪制的基本法則 106
4.3 廣義根軌跡 119
4.3.1 參數根軌跡 120
4.3.2 正反饋系統或非*小相位系統的根軌跡 124
4.4 時滯系統的根軌跡 126
4.5 根軌跡法在控制系統中的應用 130
小結 133
關鍵術語和概念 134
拓展您的事業——計算機學科 134
習題4 135
第5章 線性定常系統的頻域分析法 139
5.1 引言 140
5.1.1 頻率特性的基本概念與定義 140
5.1.2 頻率特性的幾何表示法 142
5.2 典型環節頻率特性曲線的繪制 144
5.3 系統的開環頻率特性 151
5.3.1 開環奈奎斯特圖的繪制 151
5.3.2 開環伯德圖的繪制 155
5.3.3 傳遞函數的頻域實驗確定 159
5.4 線性定常系統頻域穩定判據 161
5.4.1 奈奎斯特穩定判據的數學基礎 161
5.4.2 奈奎斯特穩定判據 162
5.4.3 對數頻率穩定判據 169
5.5 穩定裕度 172
5.6 閉環系統的頻率響應 177
5.6.1 閉環系統的頻域性能指標 178
5.6.2 典型二階系統的頻域性能指標 179
5.6.3 確定閉環頻率特性的圖解法：尼科爾斯圖法 180
5.6.4 頻域性能指標和時域性能指標的轉換 185
5.7 MATLAB軟件在系統頻域分析中的應用 188
小結 190
關鍵術語和概念 191
拓展您的事業——通信系統學科 192
習題5 192
第6章 控制系統的校正設計 195
6.1 引言 196
6.1.1 控制系統的分析與設計 196
6.1.2 不同校正方法的性能指標 197
6.1.3 基本校正方式 198
6.2 控制器的基本控制規律 199
6.2.1 比例控制規律 199
6.2.2 積分控制規律 200
6.2.3 比例積分控制規律 202
6.2.4 比例微分控制規律 203
6.2.5 比例積分微分控制規律 204
6.2.6 局部速度反饋控制規律 205
6.3 常用的校正裝置及其特性 206
6.3.1 無源校正網絡 207
6.3.2 自動化儀表中的PID控制器 209
6.4 根軌跡法在控制系統校正設計中的應用 210
6.4.1 超前串級校正 210
6.4.2 滯后串級校正 215
6.4.3 串級PID校正 217
6.4.4 局部反饋校正 218
6.5 伯德圖頻域法在控制系統校正設計中的應用 226
6.5.1 超前串級校正 226
6.5.2 滯后串級校正 230
6.5.3 滯后超前校正 233
6.5.4 串級校正的預期開環頻率特性設計 235
6.6 工業過程控制中PID控制器參數的工程整定 240
6.6.1 飛升曲線法 241
6.6.2 臨界比例度法 242
6.7 復合校正控制系統設計 244
6.7.1 按擾動補償的復合控制 244
6.7.2 按輸入補償的復合控制 245
6.8 實用的PID控制器結構與健壯控制問題 247
6.8.1 理想的PID控制器 247
6.8.2 實用的PID控制器 248
6.8.3 二自由度比例積分微分控制問題 249
6.8.4 健壯控制系統的設計 251
6.9 MATLAB軟件在控制系統設計中的應用 261
6.9.1 用MATLAB軟件與頻域法設計控制系統 261
6.9.2 用MATLAB軟件與根軌跡法設計控制系統 263
小結 268
關鍵術語和概念 268
拓展您的事業——電子儀器學科 269
習題6 269
第7章 狀態變量系統分析與設計 273
7.1 引言 274
7.2 線性定常系統的時域響應 274
7.2.1 線性定常系統齊次狀態方程的解與狀態轉移矩陣 274
7.2.2 狀態轉移矩陣的性質和意義 276
7.2.3 線性定常系統非齊次狀態方程的解 277
7.3 連續系統的李雅普諾夫穩定性分析 281
7.3.1 李雅普諾夫穩定性概念 281
7.3.2 李雅普諾夫穩定性理論 283
7.3.3 線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析 289
7.3.4 非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析——克拉索夫斯基法 290
7.3.5 李雅普諾夫第二法的其他應用 293
7.4 控制系統的可控性和可觀測性 296
7.4.1 可控性和可觀測性的定義 297
7.4.2 線性定常系統的可控性判據 298
7.4.3 線性定常連續系統的可觀測性判據 303
7.4.4 線性系統可控性與可觀測性的對偶關系 305
7.4.5 控制系統的結構分解 305
7.5 線性定常系統的極點配置設計 312
7.5.1 狀態反饋和輸出反饋的概念 312
7.5.2 狀態變量閉環控制系統的極點配置設計 314
7.5.3 基于狀態觀測器的控制系統設計 329
小結 335
關鍵術語和概念 335
拓展您的事業——科學研究與信息工程教育事業 336
習題 7 337
第8章 數字控制系統 340
8.1 引言 341
8.1.1 采樣控制過程 341
8.1.2 數字控制系統的組成 343
8.2 信號的采樣與保持 343
8.2.1 采樣過程 343
8.2.2 采樣過程的數學描述 344
8.2.3 香農采樣定理 346
8.2.4 采樣周期的選取 346
8.2.5 信號保持 347
8.3 Z變換理論 349
8.3.1 Z變換的定義 349
8.3.2 Z變換的方法 349
8.3.3 Z變換的基本定理 352
8.3.4 Z反變換 354
8.4 離散系統的數學模型 356
8.4.1 線性定常離散系統差分方程及其解法 356
8.4.2 脈沖傳遞函數 358
8.4.3 開環系統脈沖傳遞函數 359
8.4.4 閉環系統脈沖傳遞函數 361
8.5 線性定常離散系統的穩定性 363
8.5.1 線性定常離散系統穩定的充要條件 363
8.5.2 線性定常離散系統的穩定性判據 365
8.6 離散系統的穩態誤差 366
8.7 離散系統的動態性能分析 367
8.8 數字控制器的設計 370
8.8.1 模擬化設計方法 370
8.8.2 數字化設計方法 371
8.9 MATLAB在數字控制系統中的應用 374
8.9.1 用MATLAB軟件實現Z變換和Z反變換 374
8.9.2 連續系統模型與離散系統模型的轉換 377
8.9.3 基于MATLAB軟件的線性定常數字控制系統的穩定性分析 378
8.9.4 基于MATLAB軟件的數字控制系統的時域分析 380
小結 385
關鍵術語和概念 386
拓展您的事業——軟件工程學科 386
習題8 387
第9章 自動控制系統設計實例 390
9.1 引言 391
9.2 溫度控制器的設計與實現 391
9.2.1 溫度控制系統分析 391
9.2.2 溫度控制系統硬件設計 395
9.2.3 溫度控制系統性能測試 398
9.3 倒立擺控制系統設計與實現 401
9.3.1 倒立擺控制系統數學模型的建立 402
9.3.2 倒立擺控制系統硬件設計 405
9.3.3 倒立擺控制系統算法仿真 409
9.3.4 倒立擺控制系統實現 418
小結 420
關鍵術語和概念 420
拓展您的事業——航空航天技術 421
附錄A 拉普拉斯變換 422
附錄B 李雅普諾夫主穩定性定理的證明 431
附錄C 常用Z變換表 434
參考文獻 435
第1章 緒論 001
1.1 引言 002
1.2 自動控制的定義和歷史回顧 002
1.3 自動控制系統舉例及術語定義 004
1.3.1 液位控制系統 004
1.3.2 溫度控制系統 005
1.3.3 自動控制系統術語定義 005
1.4 自動控制系統的基本控制方式 006
1.4.1 開環控制 006
1.4.2 閉環控制 007
1.4.3 復合控制 007
1.5 自動控制系統的分類 008
1.6 自動控制系統的基本要求 010
1.7 自動控制系統課程的性質和內容 010
小結 011
關鍵術語和概念 011
拓展您的事業——電子學 012
習題1 012
第2章 控制系統的數學模型 015
2.1 引言 016
2.2 控制系統的時域數學模型 016
2.2.1 微分方程與狀態變量數學模型 016
2.2.2 線性定常微分方程的解 023
2.2.3 非線性系統的線性化 023
2.2.4 運動的模態 026
2.3 控制系統的復數域數學模型 027
2.3.1 傳遞函數的定義和性質 027
2.3.2 傳遞函數的零點和極點 028
2.3.3 傳遞函數用于分析控制系統的性能 028
2.3.4 傳遞函數數學模型建立舉例 030
2.4 控制系統的方框圖與信號流圖 032
2.4.1 控制系統的方框圖 032
2.4.2 方框圖的等效變換和簡化 035
2.4.3 信號流圖 037
2.4.4 多輸入系統的傳遞函數 039
2.5 輸入/輸出數學模型與狀態變量數學模型之間的關系 040
2.5.1 由輸入/輸出數學模型轉換為狀態變量數學模型 040
2.5.2 由狀態變量數學模型轉換為輸入/輸出數學模型 045
2.5.3 線性定常系統在坐標變換下的特性 045
2.6 數學模型的實驗測定法 048
2.6.1 數學模型實驗測定的主要方法 048
2.6.2 數學模型的工程辨識 049
2.7 MATLAB軟件用于控制系統數學模型建立與仿真 049
小結 053
關鍵術語和概念 054
拓展您的事業——電氣工程學科 054
習題 2 055
第3章 控制系統時域分析 058
3.1 引言 059
3.1.1 典型輸入信號 059
3.1.2 時域性能指標 060
3.2 幾種控制系統的時域分析 061
3.2.1 一階系統的時域分析 061
3.2.2 典型二階系統的時域分析 063
3.2.3 高階系統的時域分析 072
3.2.4 MATLAB軟件分析控制系統時域響應 074
3.3 線性定常系統的穩定性分析 078
3.3.1 穩定性的定義及線性定常系統穩定的充分必要條件 078
3.3.2 勞斯-赫爾維茨判據 081
3.3.3 勞斯-赫爾維茨判據的應用 084
3.4 控制系統的穩態誤差分析 085
3.4.1 誤差定義及穩態誤差 085
3.4.2 穩態誤差的計算 086
3.4.3 擾動作用下的穩態誤差 090
3.4.4 減小或消除穩態誤差的措施 093
小結 095
關鍵術語和概念 096
拓展您的事業——自動化學科 097
習題3 097
第4章 根軌跡技術 103
4.1 引言 104
4.1.1 根軌跡的基本概念 104
4.1.2 根軌跡方程 105
4.2 根軌跡繪制的基本法則 106
4.3 廣義根軌跡 119
4.3.1 參數根軌跡 120
4.3.2 正反饋系統或非*小相位系統的根軌跡 124
4.4 時滯系統的根軌跡 126
4.5 根軌跡法在控制系統中的應用 130
小結 133
關鍵術語和概念 134
拓展您的事業——計算機學科 134
習題4 135
第5章 線性定常系統的頻域分析法 139
5.1 引言 140
5.1.1 頻率特性的基本概念與定義 140
5.1.2 頻率特性的幾何表示法 142
5.2 典型環節頻率特性曲線的繪制 144
5.3 系統的開環頻率特性 151
5.3.1 開環奈奎斯特圖的繪制 151
5.3.2 開環伯德圖的繪制 155
5.3.3 傳遞函數的頻域實驗確定 159
5.4 線性定常系統頻域穩定判據 161
5.4.1 奈奎斯特穩定判據的數學基礎 161
5.4.2 奈奎斯特穩定判據 162
5.4.3 對數頻率穩定判據 169
5.5 穩定裕度 172
5.6 閉環系統的頻率響應 177
5.6.1 閉環系統的頻域性能指標 178
5.6.2 典型二階系統的頻域性能指標 179
5.6.3 確定閉環頻率特性的圖解法：尼科爾斯圖法 180
5.6.4 頻域性能指標和時域性能指標的轉換 185
5.7 MATLAB軟件在系統頻域分析中的應用 188
小結 190
關鍵術語和概念 191
拓展您的事業——通信系統學科 192
習題5 192
第6章 控制系統的校正設計 195
6.1 引言 196
6.1.1 控制系統的分析與設計 196
6.1.2 不同校正方法的性能指標 197
6.1.3 基本校正方式 198
6.2 控制器的基本控制規律 199
6.2.1 比例控制規律 199
6.2.2 積分控制規律 200
6.2.3 比例積分控制規律 202
6.2.4 比例微分控制規律 203
6.2.5 比例積分微分控制規律 204
6.2.6 局部速度反饋控制規律 205
6.3 常用的校正裝置及其特性 206
6.3.1 無源校正網絡 207
6.3.2 自動化儀表中的PID控制器 209
6.4 根軌跡法在控制系統校正設計中的應用 210
6.4.1 超前串級校正 210
6.4.2 滯后串級校正 215
6.4.3 串級PID校正 217
6.4.4 局部反饋校正 218
6.5 伯德圖頻域法在控制系統校正設計中的應用 226
6.5.1 超前串級校正 226
6.5.2 滯后串級校正 230
6.5.3 滯后超前校正 233
6.5.4 串級校正的預期開環頻率特性設計 235
6.6 工業過程控制中PID控制器參數的工程整定 240
6.6.1 飛升曲線法 241
6.6.2 臨界比例度法 242
6.7 復合校正控制系統設計 244
6.7.1 按擾動補償的復合控制 244
6.7.2 按輸入補償的復合控制 245
6.8 實用的PID控制器結構與健壯控制問題 247
6.8.1 理想的PID控制器 247
6.8.2 實用的PID控制器 248
6.8.3 二自由度比例積分微分控制問題 249
6.8.4 健壯控制系統的設計 251
6.9 MATLAB軟件在控制系統設計中的應用 261
6.9.1 用MATLAB軟件與頻域法設計控制系統 261
6.9.2 用MATLAB軟件與根軌跡法設計控制系統 263
小結 268
關鍵術語和概念 268
拓展您的事業——電子儀器學科 269
習題6 269
第7章 狀態變量系統分析與設計 273
7.1 引言 274
7.2 線性定常系統的時域響應 274
7.2.1 線性定常系統齊次狀態方程的解與狀態轉移矩陣 274
7.2.2 狀態轉移矩陣的性質和意義 276
7.2.3 線性定常系統非齊次狀態方程的解 277
7.3 連續系統的李雅普諾夫穩定性分析 281
7.3.1 李雅普諾夫穩定性概念 281
7.3.2 李雅普諾夫穩定性理論 283
7.3.3 線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析 289
7.3.4 非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析——克拉索夫斯基法 290
7.3.5 李雅普諾夫第二法的其他應用 293
7.4 控制系統的可控性和可觀測性 296
7.4.1 可控性和可觀測性的定義 297
7.4.2 線性定常系統的可控性判據 298
7.4.3 線性定常連續系統的可觀測性判據 303
7.4.4 線性系統可控性與可觀測性的對偶關系 305
7.4.5 控制系統的結構分解 305
7.5 線性定常系統的極點配置設計 312
7.5.1 狀態反饋和輸出反饋的概念 312
7.5.2 狀態變量閉環控制系統的極點配置設計 314
7.5.3 基于狀態觀測器的控制系統設計 329
小結 335
關鍵術語和概念 335
拓展您的事業——科學研究與信息工程教育事業 336
習題 7 337
第8章 數字控制系統 340
8.1 引言 341
8.1.1 采樣控制過程 341
8.1.2 數字控制系統的組成 343
8.2 信號的采樣與保持 343
8.2.1 采樣過程 343
8.2.2 采樣過程的數學描述 344
8.2.3 香農采樣定理 346
8.2.4 采樣周期的選取 346
8.2.5 信號保持 347
8.3 Z變換理論 349
8.3.1 Z變換的定義 349
8.3.2 Z變換的方法 349
8.3.3 Z變換的基本定理 352
8.3.4 Z反變換 354
8.4 離散系統的數學模型 356
8.4.1 線性定常離散系統差分方程及其解法 356
8.4.2 脈沖傳遞函數 358
8.4.3 開環系統脈沖傳遞函數 359
8.4.4 閉環系統脈沖傳遞函數 361
8.5 線性定常離散系統的穩定性 363
8.5.1 線性定常離散系統穩定的充要條件 363
8.5.2 線性定常離散系統的穩定性判據 365
8.6 離散系統的穩態誤差 366
8.7 離散系統的動態性能分析 367
8.8 數字控制器的設計 370
8.8.1 模擬化設計方法 370
8.8.2 數字化設計方法 371
8.9 MATLAB在數字控制系統中的應用 374
8.9.1 用MATLAB軟件實現Z變換和Z反變換 374
8.9.2 連續系統模型與離散系統模型的轉換 377
8.9.3 基于MATLAB軟件的線性定常數字控制系統的穩定性分析 378
8.9.4 基于MATLAB軟件的數字控制系統的時域分析 380
小結 385
關鍵術語和概念 386
拓展您的事業——軟件工程學科 386
習題8 387
第9章 自動控制系統設計實例 390
9.1 引言 391
9.2 溫度控制器的設計與實現 391
9.2.1 溫度控制系統分析 391
9.2.2 溫度控制系統硬件設計 395
9.2.3 溫度控制系統性能測試 398
9.3 倒立擺控制系統設計與實現 401
9.3.1 倒立擺控制系統數學模型的建立 402
9.3.2 倒立擺控制系統硬件設計 405
9.3.3 倒立擺控制系統算法仿真 409
9.3.4 倒立擺控制系統實現 418
小結 420
關鍵術語和概念 420
拓展您的事業——航空航天技術 421
附錄A 拉普拉斯變換 422
附錄B 李雅普諾夫主穩定性定理的證明 431
附錄C 常用Z變換表 434
參考文獻 435
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自動控制系統(第3版) 作者簡介
閔虎，男，中山大學數據科院與計算機學院教授，廣東省自動化學會常務理事，廣東省電子信息工程人才培養教學團隊負責人，應用型IT卓越工程師人才培養模式創新實驗區負責人。
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