自動控制原理教程（第2版）

第1章緒論（1）
1.1自動控制理論及應用（1）
1.2自動控制理論的基本內容（1）
1.3自動控制系統(tǒng)的分類（2）
1.3.1按信號傳遞路徑分類（2）
1.3.2按控制作用的特點分類（3）
1.3.3控制系統(tǒng)的其他類型（4）
1.4自動控制系統(tǒng)的基本組成（4）
1.5自動控制系統(tǒng)的基本要求（5）
1.6自動控制系統(tǒng)的分析和設計工具（6）
1.7控制系統(tǒng)實例（7）
小結（9）
習題1（9）
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型（12）
2.1控制系統(tǒng)的微分方程（12）
2.1.1列寫控制系統(tǒng)微分方程的步驟（12）
2.1.2實例（12）
2.1.3線性定常微分方程的求解（14）
2.2控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（15）
2.2.1傳遞函數(shù)（15）
2.2.2典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（16）
2.2.3控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（19）
2.3控制系統(tǒng)的動態(tài)結構圖（20）
2.3.1動態(tài)結構圖的概念和組成（20）
2.3.2幾個基本概念及術語（20）
2.3.3動態(tài)結構圖的繪制（22）
2.3.4動態(tài)結構圖的化簡（23）
2.4信號流圖（26）
2.4.1信號流圖的組成要素及其術語（26）
2.4.2信號流圖的代數(shù)運算（27）
2.4.3信號流圖的繪制（28）
2.4.4信號流圖的梅遜公式（30）
2.5在MATLAB中系統(tǒng)數(shù)學模型的表示（31）
2.5.1傳遞函數(shù)模型（31）
2.5.2零、極點（ZPK）模型（32）
2.5.3控制系統(tǒng)數(shù)學模型之間的轉換（33）
2.5.4系統(tǒng)的連接（34）
小結（36）
習題2（36）
第3章控制系統(tǒng)的時域分析（40）
3.1穩(wěn)定性和代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)（40）
3.1.1穩(wěn)定性的概念（40）
3.1.2線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件（41）
3.1.3勞斯判據(jù)（42）
3.1.4控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性（45）
3.2控制系統(tǒng)的典型輸入信號和時域性能指標（46）
3.2.1典型輸入信號（46）
3.2.2時域性能指標（48）
3.3一階系統(tǒng)的時域分析（49）
3.3.1一階系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)結構圖（49）
3.3.2一階系統(tǒng)的單位階躍響應（49）
3.3.3一階系統(tǒng)的單位斜坡響應（50）
3.3.4一階系統(tǒng)的單位脈沖響應（51）
3.4二階系統(tǒng)的時域分析（51）
3.4.1二階系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)結構圖（51）
3.4.2二階系統(tǒng)的單位階躍響應（52）
3.4.3二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標（54）
3.5高階系統(tǒng)分析（58）
3.5.1高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應（58）
3.5.2閉環(huán)主導極點（60）
3.6控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差分析（60）
3.6.1穩(wěn)態(tài)誤差定義（60）
3.6.2控制系統(tǒng)的類型（61）
3.6.3給定穩(wěn)態(tài)誤差的計算（61）
3.6.4擾動穩(wěn)態(tài)誤差的計算（64）
3.7基本控制規(guī)律的分析（66）
3.7.1比例（P）控制（66）
3.7.2積分（I）控制（67）
3.7.3比例加積分（PI）控制（67）
3.7.4比例加微分（PD）控制（68）
3.7.5比例加積分加微分（PID）控制（70）
3.8用MATLAB進行系統(tǒng)時域分析（70）
3.8.1應用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性（71）
3.8.2應用MATLAB進行部分分式展開（72）
3.8.3應用MATLAB分析系統(tǒng)的動態(tài)特性（73）
3.8.4應用MATLAB獲得響應曲線和性能指標（79）
小結（80）
習題3（81）
第4章控制系統(tǒng)的根軌跡法（84）
4.1根軌跡的基本概念（84）
4.1.1根軌跡圖（84）
4.1.2根軌跡的幅值條件和相位條件（85）
4.2繪制根軌跡的基本規(guī)則（86）
4.3控制系統(tǒng)性能的根軌跡法分析（97）
4.3.1確定閉環(huán)極點（97）
4.3.2系統(tǒng)閉環(huán)零、極點位置與系統(tǒng)瞬態(tài)響應的關系（98）
4.3.3增加開環(huán)零點、開環(huán)極點對根軌跡的影響（99）
4.4廣義根軌跡及其他多種根軌跡（100）
4.4.1廣義根軌跡（100）
4.4.2多回路系統(tǒng)的根軌跡繪制（101）
4.4.3正反饋回路的根軌跡（103）
4.5應用MATLAB進行根軌跡分析（105）
4.5.1繪制零、極點圖（105）
4.5.2繪制基本根軌跡圖（106）
4.5.3確定阻尼比軌跡、無阻尼自然振蕩頻率n軌跡和根軌跡上任意點的開環(huán)根軌跡增益（109）
小結（112）
習題4（112）
第5章控制系統(tǒng)的頻率特性法（115）
5.1頻率特性的基本概念（115）
5.1.1頻率特性的定義（115）
5.1.2頻率特性的性質（117）
5.1.3頻率特性的表示方法（118）
5.2奈氏曲線（119）
5.2.1典型環(huán)節(jié)的奈氏曲線（120）
5.2.2系統(tǒng)開環(huán)奈氏曲線的繪制（123）
5.2.3奈氏曲線的一般繪制步驟（125）
5.3對數(shù)頻率特性曲線（伯德圖）（128）
5.3.1典型環(huán)節(jié)的伯德圖（128）
5.3.2系統(tǒng)開環(huán)伯德圖的繪制（134）
5.3.3最小相位系統(tǒng)（137）
5.4奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)（138）
5.4.1系統(tǒng)開環(huán)與閉環(huán)零、極點間的關系（138）
5.4.2幅角定理（138）
5.4.3奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)（139）
5.4.4奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)在伯德圖上的應用（144）
5.5控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性（145）
5.6頻率特性與系統(tǒng)性能指標的關系（148）
5.6.1閉環(huán)頻率特性及其性能指標（148）
5.6.2控制系統(tǒng)頻域性能指標與時域性能指標的關系（149）
5.6.3開環(huán)對數(shù)幅頻特性與系統(tǒng)動態(tài)性能的關系（152）
5.7用MATLAB進行頻域分析（154）
小結（165）
習題5（165）
第6章控制系統(tǒng)的校正方法（169）
6.1系統(tǒng)校正的基本概念（169）
6.1.1性能指標（169）
6.1.2校正裝置的設計方法（170）
6.1.3校正方式（170）
6.2串聯(lián)校正（171）
6.2.1超前校正（171）
6.2.2滯后校正（176）
6.2.3滯后-超前校正（180）
6.2.4超前、滯后和滯后-超前校正的比較（182）
6.3串聯(lián)校正的期望開環(huán)對數(shù)頻率特性設計法（183）
6.4工程設計法（187）
6.5反饋校正（189）
6.6應用MATLAB進行系統(tǒng)校正與設計（194）
小結（203）
習題6（204）
第7章非線性控制系統(tǒng)分析（207）
7.1非線性控制系統(tǒng)的基本概念和特點（207）
7.1.1典型非線性特性（207）
7.1.2非線性系統(tǒng)的特點（209）
7.1.3非線性系統(tǒng)的研究方法（210）
7.2描述函數(shù)法（210）
7.2.1描述函數(shù)法的基本思想與應用前提（210）
7.2.2描述函數(shù)的定義（211）
7.2.3典型非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)（212）
7.2.4組合非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)（213）
7.2.5基于描述函數(shù)的非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（214）
7.2.6非線性系統(tǒng)存在周期運動時的穩(wěn)定性分析（214）
7.3相平面法（217）
7.3.1基本概念（217）
7.3.2相平面圖繪制方法（217）
7.3.3相平面、相軌跡的特點（219）
7.3.4奇點和奇線（219）
7.3.5非線性系統(tǒng)的相平面法分析（222）
7.3.6非線性系統(tǒng)相平面分區(qū)線性化方法（223）
7.4應用MATLAB進行非線性控制系統(tǒng)分析（224）
7.4.1非線性系統(tǒng)的線性化（224）
7.4.2直接求解非線性微分方程（225）
7.4.3運用Simulink分析非線性系統(tǒng)時域響應（225）
小結（227）
習題7（228）
第8章采樣控制系統(tǒng)分析（231）
8.1采樣控制系統(tǒng)的基本概念（231）
8.1.1采樣控制系統(tǒng)中的常用術語（231）
8.1.2采樣控制系統(tǒng)的研究方法（232）
8.2采樣過程和采樣定理（232）
8.2.1采樣控制系統(tǒng)的時間信號（232）
8.2.2信號采樣及其數(shù)學描述（232）
8.2.3采樣定理（234）
8.3信號的復現(xiàn)（235）
8.3.1信號保持器（235）
8.3.2零階保持器（236）
8.3.3零階保持器的實現(xiàn)（237）
8.4Z變換和脈沖傳遞函數(shù)（237）
8.4.1Z變換的定義（237）
8.4.2常用Z變換的方法（238）
8.4.3Z變換的基本定理（239）
8.4.4Z反變換（242）
8.4.5脈沖傳遞函數(shù)（244）
8.5采樣控制系統(tǒng)的性能分析（250）
8.5.1采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（250）
8.5.2采樣控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析（254）
8.5.3采樣控制系統(tǒng)的給定穩(wěn)態(tài)誤差（258）
8.6用MATLAB進行采樣控制系統(tǒng)分析（261）
8.6.1利用MATLAB函數(shù)對采樣控制系統(tǒng)進行分析（261）
8.6.2用Simulink對采樣控制系統(tǒng)進行建模分析（263）
8.6.3采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（263）
小結（264）
習題8（265）
附錄A拉普拉斯變換（268）
A.1拉普拉斯變換的概念（268）
A.1.1拉普拉斯變換的定義式（268）
A.1.2常用函數(shù)的拉普拉斯變換（268）
A.2拉普拉斯變換的性質（269）
A.2.1線性性質（269）
A.2.2微分性質（269）
A.2.3積分性質（270）
A.2.4位移性質（270）
A.2.5延遲性質（270）
A.2.6相似性質（271）
A.2.7初值定理（271）
A.2.8終值定理（271）
A.3拉普拉斯反變換（272）
A.3.1F（s）的所有極點都是不相等的實數(shù)（272）
A.3.2F（s）的極點包含有共軛復數(shù)（273）
A.3.3F（s）的極點包含有相等的實數(shù)（273）
附錄B常用函數(shù)的拉普拉斯變換與Z變換對照表（275）
附錄CMATLAB簡介（276）
C.1MATLAB概述（276）
C.2MATLAB的運行環(huán)境（276）
C.2.1MATLAB的運行方式（276）
C.2.2MATLAB的窗口（277）
C.2.3MATLAB的幫助系統(tǒng)（277）
C.3MATLAB的數(shù)值計算（278）
C.3.1MATLAB的數(shù)據(jù)類型（278）
C.3.2符號運算（279）
C.3.3矩陣運算（280）
C.3.4關系運算和邏輯運算（280）
C.4MATLAB的程序設計（281）
C.4.1M文件編程（281）
C.4.2程序流程的控制（282）
參考文獻（283）