自動控制原理

所属分类:人工智能  
出版时间:2008-9   出版时间:化學工業出版社   作者:王敏,秦肖臻 編   页数:486  

前言

  在科學技術發展的進程中,自動控制技術一直起著極其重要的作用。自動控制理論作為一門涉及多學科的科學,已廣泛應用到電氣、機械、化工、冶金、航空航天、核反應等工程領域,並進一步擴展和滲透到生物、醫學、社會、經濟、金融和生命科學等工程領域以外的範圍。隨著科學技術的高速發展,人類在過去的20世紀和已經跨入的21世紀中,利用自動控制技術已經和正在把許多夢想變成現實。  自動控制原理是自動控制技術的基礎理論,是一門理論性較強的工程科學。從20世紀40年代經典控制理論體系建立至今,自動控制技術一直是伴隨著生產實際的需要發展起來的,其理論也在實際應用和與其他相關學科交叉滲透中日臻完善,並不斷發展和創新。隨著現代科學的日新月異,自動控制理論已經成為應用最為廣泛的學科之一,其發展潛力是不可限量的。  本書主要是為工科院校非自動化專業本科生自動控制理論教學和信息學科平台課程的教學而編寫的教材,適合少學時數自動控制原理教學需要,有關專業可根據實際情況選擇部分內容進行教學。  本書主要介紹自動控制理論的基本概念、基本原理和基本分析方法,全書共分7章。第1章給出了控制理論和控制系統的基本概念、定義、一般要求和控制理論的發展過程;第2章主要介紹線性系統數學模型的建立,模型的表示方法;第3章對線性系統時域分析的基本方法進行了闡述,主要討論了系統穩定性、瞬態性能和穩態性能分析,以及二階系統性能指標和計算方法;第4章介紹線性系統頻率特性的概念和頻域分析方法,頻率特性的圖形表示以及頻域指標的計算;第5章介紹線性系統校正的原理和方法,著重討論了PID控制器的設計及其在系統校正中的作用;第6章討論了離散系統的基本理論和分析方法;第7章介紹了現代控制理論的有關內容,主要包括狀態空間模型的建立、系統的能控性和能觀性等。  本次修訂由華中科技大學王敏教授和秦肖臻副教授完成。其中,1、3、4章由王敏編寫,2、5、6、7章由秦肖臻編寫,全書由王敏統稿。  本書內容的電子文檔可為使用本教材的大專院校制作教學課件時提供參考,如有需要可與編者聯系。  限于編者水平和時間,書中如有錯誤和不妥之處,請讀者不吝指正。

内容概要

  《高等学校规划教材·自动控制原理(第2版)(非自动化专业适用)》介绍了自动控制原理的基本概念和方法,包括经典控制理论和现代控制理论的主要内容,适合作为信息学科本科学生平台课程教材和非自动控制专业理工科学生的教材。全书共分7章,第1章绪论,引入控制系统的基本概念、定义、术语;第2章控制系统的数学模型,介绍连续系统的时域模型、复域模型、状态空间描述;第3章线性系统的时域分析,对系统动态性能、稳态性能和稳定性进行分析的方法作了详细的讨论;第4章线性系统的频域分析,介绍线性系统的频率特性和频域分析方法;第5章线性系统的校正,介绍线性系统校正的原理和方法,着重讨论了PID控制器的设计及其在系统校正中的作用。第6章采样系统分析,介绍了z变换、脉冲传递函数以及离散系统的分析方法;第7章状态空间分析设计,讨论了线性定常系统的状态空间分析和基本设计方法,各学校可根据专业需要,选择有关章节组织教学。  《高等学校规划教材·自动控制原理(第2版)(非自动化专业适用)》的特点是内容精炼,重点突出,强调基本概念、基本原理的掌握与应用,特别适合少学时数自动控制原理教学的要求。

书籍目录

1 绪论1.1 自动控制的基本概念1.1.1 基本概念1.1.2 开环控制与闭环控制的实例1.2 自动控制理论的发展1.2.1 经典控制理论1.2.2 现代控制理论1.2.3 大系统理论1.2.4 智能控制1.3 控制系统的分类1.3.1 恒值系统和随动系统1.3.2 线性系统和非线性系统1.3.3 连续系统和离散系统1.4 对控制系统的基本要求1.4.1 稳定性1.4.2 动态性能1.4.3 稳态性能本章小结习题2 控制系统的数学模型2.1 基本概念2.1.1 数学模型2.1.2 控制系统2.2 时域模型——微分方程2.2.1 建立系统或元件微分方程的步骤2.2.2 典型系统的微分方程2.2.3 非线性方程线性化方法2.3 复域模型——传递函数2.3.1 传递函数的定义2.3.2 传递函数的性质和物理意义2.3.3 典型环节的传递函数2.3.4 传递函数的表示方式和术语2.4 控制系统方块图2.4.1 方块图简介2.4.2 方块图的化筒2.4.3 闭环系统的方块图和传递函数2.5 状态空间模型2.5.1 状态变量表达式相关概念2.5.2 由微分方程建立状态变量表达式2.5.3 状态变量表达式和传递函数的关系本章小结习题3 线性系统的时域分析3.1 系统的稳定性分析3.1.1 稳定的概念3.1.2 稳定的充要条件3.1.3 劳斯稳定判据3.2 二阶系统的动态性能分析3.2.1 典型输入信号3.2.2 动态性能指标3.2.3 二阶系统的时域响应3.2.4 高阶系统的时域响应3.3 系统稳态性能分析3.3.1 稳态误差的定义3.3.2 输入信号作用下系统的稳态误差3.3.3 扰动信号作用时系统的稳态误差本章小结习题4 线性系统的频域分析4.1 线性系统的频率响应4.2 频率特性的图形表示4.2.1 幅相频率特性曲线4.2.2 对数频率特性曲线4.3 奈奎斯特稳定判据4.3.1 奈奎斯特稳定判据的数学基础4.3.2 奈奎斯特稳定判据4.4 控制系统的相对稳定性4.4.1 相对稳定性4.4.2 稳定裕度的求取4.5 频域响应分析4.5.1 频率性能指标4.5.2 频域指标与时域指标的关系本章小结习题5 线性系统的校正……6 采样系统分析7 状态空间分析设计参考文献

章节摘录

  智能控制的任務在于對實際環境或過程進行組織,即決策和規劃,實現廣義問題的求解。這些問題的求解過程與人腦的思維程度具有一定的相似性,即具有不同程度的智能。一般認為,智能控制的方法包括學習控制、模糊控制、神經元網絡控制和專家控制等。  長期以來,自動控制科學已對整個科學技術的理論和實踐作出了重要貢獻,為人類社會帶來了巨大利益。隨著社會進步和科學技術的發展,必將對控制學科提出更高的要求,自動控制既面臨嚴峻的挑戰又存在良好的發展機遇,為解決這一問題,一方面需要推進硬件、軟件和智能的結合,實現控制系統的智能化;另一方面要實現自動控制科學與計算機科學、信息科學、系統科學以及人工智能的結合,為自動控制提供新思想、新方法和新技術,創立邊緣新學科,推動自動控制的發展。  1.3 控制系統的分類  自動控制系統有很多分類的方法,如按照系統的控制方式分類,可將系統分為開環控制與閉環控制系統;按照信號的連接特點分類,可分為反饋控制、前饋控制以及含有反饋和前饋的復合控制系統;按系統功用可分為溫度控制系統、壓力控制系統、位置控制系統……;按系統的性能可分為線性系統和非線性系統、連續系統和離散系統、定常系統和時變系統、確定系統和不確定系統等。幾種常見的分類描述如下。  1.3.1 恆值系統和隨動系統  按輸入信號的形式可將系統分為恆值系統和隨動系統。恆值系統是指參考輸入量保持常值的系統。其任務是消除或減少擾動信號對系統輸出的影響,使被控制量(即系統的輸出量)保持在給定或希望的數值上。如工業控制中的電機調速系統、溫度控制系統和位置控制系統等。隨動系統是指參考輸入量隨時間任意變化的系統。其任務是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤參考輸入量,跟蹤的速度和精度是隨動系統的兩項主要性能指標。  1.3.2 線性系統和非線性系統  按組成系統的元件特性可將系統分為線性系統和非線性系統。線性系統是指構成系統的所有元件都是線性元件的系統。其動態性能可用線性微分方程描述,系統滿足疊加原理。非線性系統是指構成系統的元件中含有非線性元件的系統,它只能用非線性微分方程描述,不滿足疊加原理。實際中,理想的線性系統是不存在的,構成系統的元件中總會或多或少含有非線性特性,如果系統的這種非線性特性在一定條件下,或在一定範圍內呈線性特性,則可將它們進行線性化處理,這類系統或元件的特性稱為非本質非線性特性。反之,稱之為本質i非線性,只能用非線性理論進行分析研究。

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