自动控制原理

第1章 自动控制的基本概念
1.1 引言
1.2 自动控制的基本知识
1.2.1 自动控制问题的提出
1.2.2 自动控制的定义及基本职能元件
1.2.3 自动控制中的一些术语及方框图
1.3 自动控制系统的基本控制方式
1.3.1 开环控制
1.3.2 闭环控制
1.3.3 开环系统与闭环系统的比较
1.4 自动控制系统的分类及基本组成
1.4.1 按给定信号的特征分类
1.4.2 按系统的数学描述分类
1.4.3 按信号传递的连续性分类
1.4.4 按系统的输入与输出信号的数量分类
1.4.5 自动控制系统的基本组成
1.5 对控制系统的要求和分析设计
1.5.1 对系统的要求
1.5.2 控制系统的分析与设计
1.6 自动控制理论的发展概况
1.6.1 早期的自动控制工作
1.6.2 经典控制理论
1.6.3 现代控制理论
1.7 例题精解
学习指导与小结
习题
第2章 控制系统的数学模型
2.1 引言
2.1.1 系统数学模型的特点
2.1.2 数学模型的类型
2.1.3 系统数学模型的建模原则
2.2 系统微分方程的建立
2.2.1 列写微分方程式的一般步骤
2.2.2 机械系统举例
2.2.3 电路系统举例
2.2.4 实际物理系统线性微分方程的一般特征
2.2.5 电枢控制直流电动机
2.2.6 复杂系统微分方程的列写
2.3 非线性数学模型线性化
2.3.1 小偏差线性化的概念
2.3.2 线性化的意义及常用方法
2.3.3 系统线性化的条件及步骤
2.3.4 关于线性化的几点说明
2.4 线性系统的传递函数
2.4.1 线性常系数微分方程的求解
2.4.2 传递函数的定义和实际意义
2.4.3 传递函数的性质及微观结构
2.5 典型环节及其传递函数
2.6 系统的结构图
2.6.1 结构图的定义及基本组成
2.6.2 结构图的绘制步骤
2.6.3 结构图的基本连接形式
2.6.4 结构图的等效变换
2.6.5 结构图的简化
2.7 信号流图及梅逊公式
2.7.1 信号流图的基本概念
2.7.2 信号流图的绘制方法
2.7.3 梅逊增益公式
2.8 例题精解
学习指导与小结
习题
第3章 时域分析法
3.1 典型输入信号和时域性能指标
3.1.1 典型输入信号
3.1.2 阶跃响应性能指标
3.2 一阶系统时域分析
3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应
3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应
3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应
3.3 典型二阶系统时域分析
3.3.1 典型二阶系统的单位阶跃响应
3.3.2 欠阻尼二阶系统暂态性能指标估算
3.3.3 二阶系统的单位脉冲响应
3.3.4 二阶系统的单位斜坡响应
3.3.5 二阶系统性能的改善
3.4 高阶系统分析
3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应
3.4.2 闭环零、极点对系统性能的影响
3.4.3 闭环主导极点
3.5 控制系统的稳定性分析
3.5.1 稳定性的概念及线性系统稳定的充要条件
3.5.2 劳斯稳定判据
3.5.3 两种特殊情况
3.5.4 劳斯稳定判据在系统分析中的应用
3.6 控制系统的稳态误差分析
3.6.1 稳态误差的定义及一般计算公式
3.6.2 控制系统的类型
3.6.3 给定信号作用下的稳态误差分析
3.6.4 扰动信号作用下的稳态误差分析
3.7 例题精解
学习指导与小结
习题
第4章 根轨迹法
4.1 根轨迹
4.1.1 根轨迹的基本概念
4.1.2 根轨迹与系统性能
4.1.3 根轨迹方程
4.2 绘制根轨迹的基本法则
4.2.1 绘制根轨迹的基本法则
4.2.2 闭环极点的确定
4.3 广义根轨迹
4.3.1 零度根轨迹
4.3.2 参变量根轨迹
4.3.3 增加开环零极点对根轨迹的影响
4.4 例题精解
学习指导与小结
习题
第5章 线性系统的频率响应法
5.1 频率特性
5.1.1 基本概念
5.1.2 频率特性的定义
5.1.3 频率特性的几何表示法
5.2 典型环节的频率特性
5.3 控制系统的开环频率特性
5.3.1 开环极坐标图
5.3.2 开环伯德图
5.3.3 最小相位系统与非最小相位系统
5.4 奈奎斯特稳定判据
5.4.1 辅助函数
5.4.2 幅角原理
5.4.3 奈氏判据
5.4.4 伯德图上的稳定性判据
5.5 开环频域指标
5.5.1 稳定裕度
5.5.2 开环频域指标与时域性能指标的关系
5.6 闭环频率特性
5.6.1 闭环频率特性
5.6.2 闭环频域指标与时域性能指标的关系
5.6.3 闭环频域指标与开环频域指标的关系
5.7 例题精解
学习指导与小结
习题
第6章 控制系统的校正
6.1 校正的基本概念
6.1.1 校正的定义
6.1.2 校正方式
6.1.3 设计方法
6.2 典型校正装置
6.2.1 典型无源超前校正网络
6.2.2 典型无源滞后校正网络
6.2.3 典型无源滞后一超前校正网络
6.2.4 调节器
6.3 频率法串联校正
6.3.1 串联超前校正
6.3.2 串联滞后校正
6.3.3 串联无源滞后一超前校正
6.3.4 串联综合法
6.3.5 PID调节器
6.4 频率法反馈校正
6.5 控制系统的复合校正
6.5.1 按扰动补偿的复合校正
6.5.2 按输入补偿的复合校正
6.6 例题精解
学习指导与小结
习题
第7章 非线性系统
7.1 典型非线性特性
7.1.1 典型非线性特性的种类
7.1.2 非线性系统的若干特征
7.1.3 非线性系统的分析方法
7.2 描述函数法
7.2.1 描述函数的定义
7.2.2 描述函数的求法
7.2.3 组合非线性特性的描述函数
7.2.4 用描述函数法分析非线性系统
7.3 相平面法
7.3.1 相平面法的基本概念
7.3.2 相平面图的绘制
7.3.3 线性系统的相平面图
7.3.4 奇点和奇线
7.3.5 非线性系统的相平面法分析
7.4 例题精解
学习指导与小结
习题
第8章 离散控制系统
8.1 引言
8.1.1 离散系统的基本概念
8.1.2 离散系统的定义及常用术语
8.1.3 离散系统的特点
8.2 采样过程和采样定理
8.2.1 采样过程的数学描述
8.2.2 采样信号频谱分析
8.2.3 采样定理
8.3 信号恢复
8.3.1 信号保持的基本原理
8.3.2 零阶保持器
8.4 Z变换
8.4.1 Z变换的定义
8.4.2 Z变换的求法
8.4.3 Z变换的性质
8.4.4 Z反变换
8.5 离散系统的数学模型
8.5.1 差分方程
8.5.2 脉冲传递函数
8.5.3 离散系统结构图与脉冲传递函数
8.5.4 两种数学模型之间的相互转换
8.6 离散系统的时域分析
8.6.1 s平面与Z平面的映射关系
8.6.2 离散系统的动态性能分析
8.6.3 离散系统的稳定性分析
8.6.4 离散系统的稳态误差
8.7 离散系统的数字校正
8.7.1 数字控制器的脉冲传递函数
8.7.2 最少拍系统及其设计
8.8 例题精解
学习指导与小结
习题
第9章 控制系统的MATLAB仿真
与模拟实验
9.1 MATLAB简介
9.1.1 MATLAB的安装
9.1.2 MATLAB工作界面
9.1.3 MATLAB命令窗口
9.2 MAILAB基本操作命令
9.2.1 简单矩阵的输入
9.2.2 复数矩阵输入
9.2.3 MATLAB语句和变量
9.2.4 语句以“％”开始和以分号“；”结束的特殊效用
9.2.5 工作空间信息的获取、退出和保存
9.2.6 常数与算术运算符
9.2.7 MATLAB图形窗口
9.2.8 MATIAB编程指南
9.3 MATLAB在控制系统中的应用
9.3.1 用MATLAB建立传递函数模型
9.3.2 用MATLAB求系统的零点、极点及特征多项式
9.3.3 用MATLAB绘制二维图形
9.3.4 用MATLAB分析控制系统性能
9.4 simulink方法建模与仿真
9.5 自动控制理论模拟实验与Simulink仿真
实验一 典型环节与阶跃响应测试
实验二 系统频率特性测量
实验三 连续系统的频率法串联校正
附录1 拉普拉斯（Laplace）变换
附录2 MATLAB常用命令
参考文献