自動控制原理

所属分类:計算機控制與仿真  
出版时间:2011-1   出版时间:電子工業出版社   作者:胥布工   页数:361  

内容概要

  《自動控制原理》的編寫歷時近二年,期間正值“國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)”制定之際,而《自動控制原理》正是為“十二五”規劃及今後約8年期間的教學改革需要而編寫的本科生自動化專業核心基礎課教材。從這一點看,《自動控制原理》的編寫工作切合了國家規劃今後10年教育改革和發展的主題。  《自動控制原理》系統地闡述了自動控制理論的基本概念、原理,以及自動控制系統的經典分析和校正設計方法。全書分3部分,共計9章︰第一部分為反饋控制系統的建模、穩定性與特性,由第1章緒論、第2章控制系統的數學模型和第3章控制系統的穩定性及特性組成;第二部分為線性控制系統的分析與校正,由第4章線性控制系統的時域分析、第5章根軌跡分析法、第6章頻率特性分析法和第7章線性控制系統的校正組成;第三部分由第8章線性離散控制系統和第9章非線性控制系統組成。作為教材,《自動控制原理》各知識單元的講授分3個層次︰熟練掌握、掌握和了解。經過分層次教學的實踐,推薦的教學時數為踟學時。  《自動控制原理》在內容編排上面向寬口徑的自動化專業,力求與時俱進地進行教材改革實踐與創新。主要特色加下。

作者简介

胥布工,1956年生,華南理工大學教授、博士生導師、自動化科學與工程學院院長。廣東省精品課程“自動控制原理”負責人,主講教師,享受國務院政府特殊津貼專家;教育部自動化教學指導分委員會委員;中國自動化學會理事、控制理論專業委員會和過程控制專業委員會委員;Joumal of Control Theory and Applications副主編;國家自然科學獎評審專家。

书籍目录

第1章 緒論1.1 引言1.1.1 自動控制理論發展簡史1.1.2 控制工程實踐1.2 自動控制的基本原理1.2.1 人工控制與自動控制1.2.2 開環控制與閉環控制1.2.3 反饋控制系統的基本要求1.3 反饋控制系統的組成1.3.1 按構成系統的基本元件劃分1.3.2 按系統內部基本功能環節劃分1.3.3 若干常用術語1.4 控制系統的分類1.4.1 按參考輸^信號特征分類1.4.2 按系統環節間信號傳遞形式分類1.4.3 按描述系統的動態方程分類1.5 控制系統應用實例三則1.6 控制系統設計概述1.7 本書內容安排1.7.1 組織結構1.7.2 學習安排1.8 小結習題1第2章 控制系統的數學模型2.1 引言2.2 系統的微分方程2.2.1 列寫物理系統的微分方程2.2.2 微分方程的增量化與無因次化2.2.3 非線性微分方程的線性化2.2 4控制系統的微分方程2.3 傳遞函數2.3.1 線性系統傳遞函數的概念和定義2.3.2 傳遞函數的常用表現形式2.3.3 典型輸入信號及其拉普拉斯變換2.3.4 單位脈沖響應函數2.3.5 求解系統輸出響應的方法2.3.6 典型環節及其傳遞函數2.4 結構圖2.4.1 結構圖的組成和基本連接方式2.4.2 結構圖的等效變換2.5 信號流圖2.5.1 信號流圖及有關術語2.5.2 信號流圖的運算2.5.3 信號流圖與結構圖的對應關系2.5.4 梅遜公式及其應用2.6 輸入一輸出模型與內部狀態模型的關系2.6.1 傳遞函數模型與相變量型狀態流圖模型2.6.2 傳遞函數模型與狀態方程模型的相互轉換2.7 利用MATLAB的建模和仿真2.7.1 輸入傳遞函數和化簡結構圖2.7.2 求解系統的輸出響應2.8 小結習題2第3章 控制系統的穩定性及特性3.1 引言3.2 反饋控制系統的結構及其傳遞函數3.2.1 開環傳遞函數3.2.2 閉環傳遞函數3.2.3 偏差傳遞函數3.3 閉環系統的穩定性3.3.1 穩定性的概念和定義3.3.2 閉環傳遞函數的極點與系統的穩定性3.3.3 勞斯判據及其應用3.4 反饋控制系統的特性3.4.1 瞬態響應的改進3.4.2 穩態誤差的減小3.4.3 對內部模型的靈敏度3.4.4 對外部干擾的抑制3.5 復雜反饋控制系統的基本結構及其特陛3.5.1 內環反饋校正3.5.2 串級控制3.5.3 前饋一反饋控制3.6 利用MATLAB分析系統的穩定性及特性3.6.1 判定系統的穩定性3.6.2 求解靈敏度函數3.7 小結習題3第4章 線性控制系統的時域分析4.1 引言4.2 測試輸入信號與時域性能指標4.2.1 常用測試輸入信號4.2.2 時域性能指標4.3 一階系統的時域分析4.3.1 一階系統的一般形式4.3.2 -階系統的單位階躍響應4.3.3 -階系統的單位脈沖響應4.4 二階系統的時域分析4.4.1 二階系統的一般形式4.4.2 =階系統的單位階躍響直4.4.3 二階系統單位階躍響應的性能指標4.4.4 二階系統的單位脈響應4.4.5 二階系統的性能改善4.4.6 具有零點的二階系統分析4.4.7 擾動作用下的二階系統分析4.5 高階系統的時域分析4.5.1 高階系統的時域響應4.5.2 閉環主導極點4.6 穩態誤差分析4.6.1 控制系統的類型4.6.2 參考輸人作用下的穩態誤差4.6.3 擾動輸^作用下的穩態誤差4.6.4 提高穩態精度的方法4.7 基本控制規律的時域分析4.7.1 比例(P)控制4.7.2 比例加微分(PD)控制4.7.3 比例加積分(PI)控制4.7.4 比例加積分微分(PID)控制4.8 利用MATLAB進行控制系統的時域分析4.8.1 參考輸入響應分析4.8.2 擾動輸入響應分析4.9 小結習題4第5章 根軌跡分析法5.1 引言5.2 根軌跡的基本概念5.2.1 根軌跡圖5.2.2 根軌跡方程5.3 繪制根軌跡的一般方法5.3 A繪制根軌跡的基本法則5.3.2 參數根軌跡的繪制5.4 根軌跡法的擴展應用5.4.1 雙回路系統的根軌跡5.4.2 延遲系統的根軌跡5.4.3 0度根軌跡的繪制5.5 開環零、極點對系統根軌跡的影響5.5.1 開環零對根軌跡的影響5.5.2 開環極點對根軌跡的影響5.5.3 開環偶極子對根軌跡的影響5.6 利用MATLAB分析控制系統的軌跡5.6.1 繪制根軌跡與求取根軌跡增益5.6.2 分析控制系統的穩定性5.7 小結習題5第6章 頻率特性分析法6.1 引言6.2 頻率特眭的基本概念6.2.1 頻率響應與頻率特性的定義6.2.2 頻率特性的物理意義6.2.3 反饋控制系統的典型頻率特性6.3 頻率特陛圖示法6.3.1 幅相頻率特性曲線6.3.2 對數頻率特性曲線6.3.3 對數幅相特性曲線6.4 系統的開環頻率特性6.4.1 基本因式的頻率特性6.4.2 幅相頻率特性曲線的起點、走向和終點6.4.3 對數頻率特性曲線的漸近線和轉折頻率6.4.4 最小相位系統和非最小相位系統6.5 奈奎斯特穩定判據6.5.1 幅角原理6.5.2 幅角原理的應用6.5.3 奈奎斯特穩定判據的應用6.5.4 基于對數頻率特性的奈奎斯特穩定判據6.6 穩定裕度6.6.1 幅穩定裕度和相穩定裕度6.6.2 穩定裕度與時域性能指標的關系6.7 基于開環對數頻率特性的系統性能分析6.7.1 低頻段特性與系統穩態誤差的關系6.7.2 中頻段特性與系統瞬態性能的關系6.7.3 高頻段特性與閉環頻率特性的關系6.8 閉環頻率特性與系統陛能于旨標6.8.1 閉環頻率特性的求取6.8 12閉環頻域指標與時域l生能指標的關系6.9 利用MATLAB進行控制系統的頻率特陛分析6.9.1 繪制奈奎斯特圖和伯德圖6.9.2 分析控制系統的性能6.10 小結習題6第7章 線性控制系統的校正7.1 引言7.2 校正的基本概念7.2.1 校正的動機和期望性能指標7.2.2 校正方式7.2.3 校正裝置的設計方法7.2.4 常用校正裝置的特眭7.2.5 校正裝置的實現7.3 頻率法設計串聯校正7.3.1 超前校正的頻率法設計7.3.2 滯後校正的頻率法設計7.3.3 滯後一超前校正的頻率法設計7.3.4 期望開環對數幅頻特性設計法7.4 根軌跡法設計串聯校正7.4.1 超前校正的根軌跡法沒計7.4.2 滯後校正的軌跡法設計7.4.3 滯後一超前校正的根軌跡法設計7.5 PID校正7.5.1 PID校正的頻率法設計7.5.2 PID校正的參數整定法設計7.6 反饋校正7.6.1 反饋校正的設計思路7.6.2 反饋校正的設計方法7.7 利用MATLAB輔助控制系統的校正設計7.7.1 滯後一超前校正設計7.7.2 PU)參數整定法校正設計7.8 小結習題7第8章 線性離散控制系統8.1 概述8.1.1 離散控制系統的基本概念8.1.2 離散控制系統的分析與校Ⅱ設計方法8.2 信號采樣與保持8.2.1 信號采樣8.2.2 零階保持器8.3 離散系統的數學模型8.3.1 z變換8.3.2 z反變換8.3.3 差分方程8.3.4 脈沖傳遞函數8.4 離散控制系統的穩定性8.4.1 離散系統穩定的充分必要條件8.4.2 穩定判據8.5 離散控制系統的動態性能分析8.5.1 S平面到z平面的映射8.5.2 閉環極點與階躍響應瞬態分量的關系8.6 離散控制系統的穩態誤差分析8.6.1 采樣時刻的穩態誤差8.6.2 離散控制系統的無差度8.7 離散控制系統的最少拍校正8.7.1 最少拍系統的基本概念8.7.2 最少拍系統的設計8.8 利用MATLAB輔助離散控制系統的分析和校正8.8.1 性能分析8.8.2 校正設計8.9 小結習題8第9章 非線性控制系統9.1概述9.1.1 非線性特性的類型9.1.2 非線性控制系統的穩定性及特性9.1.3 非線性控制系統的分析與綜合9.2 相平面法9.2.1 相平面法的基本概念9.2.2 相平面圖的繪制9.2.3 線性系統的相平面圖分析9.2.4 非線性系統的相平面圖分析9.2.5 非線性控制系統的分區線性化法9.2.6 利用非線性特性改進控制系統的動態性能9.3 描述函數法9.3.1 描述函數與諧波線性化9.3.2 典型非線性特陛的描述函數9.3.3 非線性環節的串聯與並聯9.3.4 非線性控制系統的描述函數分析方法9.3.5 綜合問題舉例9.4 利用MATLAB分析非線性控制系統9.4.1 繪制非線性控制系統的相軌跡和相平面圖9.4.2 判定穩定陛及自持振蕩9.5 小結習題9附錄A參考文獻

章节摘录

版權頁︰插圖︰本章主要研究反饋控制系統的結構、穩定性及特性。本章要點小結如下︰(1)反饋控制系統的典型結構本章討論了貫穿于全書的反饋控制系統的典型結構,推導了其開環傳遞函數,閉環傳遞函數以及偏差傳遞函數。在反饋控制系統的典型結構中,不能僅根據反饋信號進入相加點的正負號來判斷是否實現了負反饋,反饋控制系統是負反饋還是正反饋是由進入相加點的反饋信號的符號和開環傳遞函數的符號兩者共同決定的。盡管開環控制系統和反饋控制系統都將控制器串聯在前向通道中,但兩者所依據的原理不同,開環控制是基于對被控對象進行補償的原理來實現控制,其輸入為參考輸入信號,而反饋控制的原理是基于偏差來產生控制作用,其輸人為偏差信號。(2)閉環系統的穩定性及勞斯判據本章建立了系統的有界輸入一有界輸出穩定性定義,對于線性定常系統來說,有界輸入一有界輸出穩定f生與漸近穩定性、零輸入穩定性和內部穩定性是等價的。勞斯判據是判定實系數多項式方程在s右半平面是否存在根的充分必要代數判據,由于系統的運動模態決定其瞬態響應,由此得出閉環系統穩定的充分必要條件是其特征方程的根均位于s平面的左半平面內,故勞斯判據也稱為勞斯穩定性判據。(3)反饋控制系統的特性盡管反饋成本增加且結構相對復雜,甚至出現不穩定問題,但反饋控制能使系統具有不同于開環控制系統的有益特l生,因而被廣泛應用于控制系統。本章從四個方面研究了反饋控制系統的特陛,並展示了這些特性給系統帶來的好處。這四個方面的特l生分別是︰改進系統的瞬態響應,減小系統的穩態誤差,減小內部模型參數變化的靈敏度以及提高對外部擾動的抑制能力。(4)復雜反饋控制系統的結構與特I生單回路的控制系統被稱為簡單反饋控制系統,與此相對應,多回路或者多控制通道的控制系統就稱為復雜反饋控制系統。構成復雜反饋控制系統的方式有兩種︰一種是形成局部反饋內回路,另一種是添加前饋補償通道。本章介紹了內環反饋校正、串級控制和前饋一反饋控制三種構成復雜反饋控制系統的常見結構,並討論了各自的特性。一般來說,更為復雜的反饋控制系統也常常是由這三種結構組合而成的。

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用户评论 (总计4条)

 
 

  •     書很好,考研指定參考書。
  •     這書是第一版,因此錯誤還是不少的。最大的一個特點是這書很抽象,例題太少了,大概看完理論分析就差不多沒有了下文
  •     必備資料啊~~~編的很好的一本課本
  •     質量有保證,很不錯的
 

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