自動控制理論

前言
第一章 自動控制概論
1.1 自動控制系統(tǒng)
1.2 開環(huán)控制和閉環(huán)控制
1.2.1 開環(huán)控制
1.2.2 閉環(huán)控制
1.3 控制系統(tǒng)的分類
1.3.1 按描述系統(tǒng)運(yùn)動方程分類
1.3.2 按系統(tǒng)中信號的性質(zhì)分類
1.3.3 按參考輸入分類
1.4 控制系統(tǒng)的組成及對控制系統(tǒng)性能的要求
1.4.1 控制系統(tǒng)的組成
1.4.2 對控制系統(tǒng)的性能要求
1.5 控制理論發(fā)展簡史
1.6 本課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法
小結(jié)
習(xí)題
第二章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.1 控制系統(tǒng)微分方程的建立
2.1.1 建立數(shù)學(xué)模型的基本步驟
2.1.2 非線性微分方程的線性化
2.2 拉普拉斯變換
2.2.1 拉氏變換的定義
2.2.2 典型函數(shù)的拉氏變換
2.2.3 拉氏變換的基本定理
2.2.4 應(yīng)用拉氏變換解線性微分方程
2.3 傳遞函數(shù)
2.3.1 傳遞函數(shù)的定義
2.3.2 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
2.3.3 電氣網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算阻抗與傳遞函數(shù)
2.4 控制系統(tǒng)的方框圖和傳遞函數(shù)
2.4.1 框圖的概念
2.4.2 框圖的變換規(guī)則
2.4.3 反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.4.4 框圖的化簡
2.5 信號流圖與梅遜公式
2.5.1 信號流圖
2.5.2 梅遜公式
2.6 相似原理
小結(jié)
習(xí)題
第三章 自動控制系統(tǒng)的時域分析
3.1 典型信號的控制過程
3.1.1 典型輸入信號
3.1.2 典型時間響應(yīng)
3.2 一階系統(tǒng)的時域分析
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.2.4 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.2.5 三種響應(yīng)之間的關(guān)系
3.3 二階系統(tǒng)的時域分析
3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.3.2 單位階躍函數(shù)作用下二階系統(tǒng)的響應(yīng)（簡稱階躍響應(yīng)）
3.3.3 二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)
3.3.4 二階系統(tǒng)計(jì)算舉例
3.3.5 二階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)（過渡函數(shù)）
3.3.6 單位斜坡函數(shù)作用下二階系統(tǒng)的響應(yīng)
3.3.7 初始條件不為零時二階系統(tǒng)的響應(yīng)
3.4 高階系統(tǒng)的時域分析
3.4.1 三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.4.2 高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.4.3 閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)
3.5 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性
3.5.1 穩(wěn)定的概念
3.5.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
3.5.3 勞思穩(wěn)定判據(jù)
3.5.4 古爾維茨穩(wěn)定判據(jù)
3.6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念
3.6.2 利用終值定理求穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.3 系統(tǒng)的型別與參考輸入的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.4 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.5 動態(tài)誤差系數(shù)法
3.7 改善穩(wěn)態(tài)誤差精度的方法
3.7.1 按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制
3.7.2 按擾動補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制
小結(jié)
習(xí)題
第四章 根軌跡法
4.1 控制系統(tǒng)的根軌跡
4.2 繪制根軌跡的基本規(guī)則
4.3 根軌跡對系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
4.4 特殊根軌跡
4.4.1 參數(shù)根軌跡（廣義根軌跡）
4.4.2 零度根軌跡
4.5 系統(tǒng)閉環(huán)零極點(diǎn)分布與階躍響應(yīng)的關(guān)系
4.5.1 用閉環(huán)零極點(diǎn)表示的階躍響應(yīng)解析式
4.5.2 閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)位置與系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的關(guān)系
4.5.3 利用主導(dǎo)極點(diǎn)估算系統(tǒng)的性能指標(biāo)
4.6 開環(huán)零、極點(diǎn)的變化與偶極子對根軌跡的影響
4.6.1 開環(huán)零點(diǎn)的變化對根軌跡的影響
4.6.2 開環(huán)極點(diǎn)的變化對根軌跡的影響
4.6.3 偶極子對根軌跡的影響
小結(jié)
習(xí)題
第五章 頻率特性法
5.1 頻率特性的基本概念
5.2 頻率特性的數(shù)學(xué)表示及幾種圖示方法
5.2.1 實(shí)頻、虛頻特性
5.2.2 幅頻特性、相頻特性
5.2.3 幅相頻率特性
5.2.4 對數(shù)頻率特性
5.2.5 Nichols圖
5.3 幅相頻率特性圖（極坐標(biāo)圖）的繪制
5.3.1 典型環(huán)節(jié)
5.3.2 最小相位環(huán)節(jié)幅相頻率特性圖的繪制
5.3.3 開環(huán)幅相頻率特性圖的繪制
5.4 對數(shù)頻率特性圖繪制
5.4.1 典型環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性圖
5.4.2 開環(huán)對數(shù)頻率特性的繪制
5.4.3 系統(tǒng)的類型與對數(shù)幅頻特性曲線低頻漸近線斜率的對應(yīng)關(guān)系
5.5 最小相位系統(tǒng)
5.6 傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒?yàn)確定
5.7 乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.7.1 幅角定理
5.7.2 乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)
5.7.3 開環(huán)系統(tǒng)含有積分環(huán)節(jié)時判據(jù)的應(yīng)用
5.7.4 乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù)在伯德圖中的表示形式
5.8 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性
5.8.1 相角裕度
5.8.2 幅值裕度
5.9 頻率特性與控制系統(tǒng)性能的關(guān)系
5.9.1 閉環(huán)頻率特性與控制系統(tǒng)性能的關(guān)系
5.9.2 二階系統(tǒng)性能指標(biāo)間的關(guān)系
5.9.3 高階系統(tǒng)性能指標(biāo)之間的關(guān)系
5.9.4 開環(huán)對數(shù)幅頻特性與性能指標(biāo)間的關(guān)系
小結(jié)
習(xí)題
第六章 控制系統(tǒng)的綜合與校正
6.1 概述
6.1.1 綜合、校正的一般概念
6.1.2 校正方式
6.1.3 校正方法
6.2 基本控制規(guī)律分析
6.2.1 比例（P）控制規(guī)律
6.2.2 積分（I）控制規(guī)律
6.2.3 比例一微分（PD）控制規(guī)律
6.2.4 比例一積分（PI）控制規(guī)律
6.2.5 比例 積分一微分（PID）控制規(guī)律
6.3 串聯(lián)校正
6.3.1 串聯(lián)超前校正（PD）
6.3.2 串聯(lián)滯后校正（PI）
6.3.3 串聯(lián)滯后一超前校正（PID）
6.3.4 串聯(lián)校正方式比較
6.4 串聯(lián)校正綜合法
6.4.1 期望頻率特性法
6.4.2 按最佳典型系統(tǒng)校正方法
6.5 反饋校正
6.5.1 反饋校正功能
6.5.2 用頻率法分析反饋校正系統(tǒng)
小結(jié)
習(xí)題
第七章 非線性控制系統(tǒng)分析
7.1 非線性系統(tǒng)概述
7.1.1 典型的非線性特性
7.1.2 非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)
7.1.3 非線性系統(tǒng)的研究方法
7.2 描述函數(shù)法
7.2.1 描述函數(shù)法的基本概念
7.2.2 典型非線性特性的描述函數(shù)
7.2.3 組合非線性特性的描述函數(shù)
7.2.4 非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析
7.3 相平面分析法
7.3.1 相平面和相軌跡
7.3.2 相軌跡繪制
7.3.3 相平面的特性
7.3.4 相平面分析
小結(jié)
習(xí)題
第八章 采樣系統(tǒng)
8.1 概述
8.2 采樣過程和采樣定理
8.2.1 采樣過程
8.2.2 采樣定理
8.2.3 采樣周期的選取
8.3 信號的復(fù)現(xiàn)
8.4 差分方程
8.4.1 差分方程的定義
8.4.2 差分方程的解法
8.5 Z變換
8.5.1 Z變換的定義
8.5.2 Z變換的方法
8.5.3 Z變換的性質(zhì)
8.5.4 Z反變換
8.5.5 用Z變換法求解差分方程
8.6 脈沖傳遞函數(shù)
8.6.1 脈沖傳遞函數(shù)的定義
8.6.2 開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)
8.6.3 閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)
8.7 采樣系統(tǒng)的性能分析
8.7.1 穩(wěn)定性分析
8.7.2 穩(wěn)態(tài)誤差分析
8.7.3 動態(tài)性能分析
8.7.4 離散系統(tǒng)極點(diǎn)分布與動態(tài)響應(yīng)的關(guān)系
8.7.5 采樣系統(tǒng)的頻域分析
小結(jié)
習(xí)題
第九章 MATLAB語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.1 MATLAB語言簡介
9.1.1 MATLAB的數(shù)值運(yùn)算基礎(chǔ)
9.1.2 矩陣及矩陣函數(shù)
9.1.3 MATLAB的繪圖功能
9.2 自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.2.1 時域分析命令
9.2.2 頻率域命令
9.2.3 根軌跡法命令
9.2.4 傳遞函數(shù)的常用命令
9.2.5 控制系統(tǒng)分析舉例
小結(jié)
參考文獻(xiàn)