自動控制原理（簡體書）

本書注意突出自動控制原理經典理論的重點內容，強調物理概念，加強理論聯繫實際。全書有較多的例題和習題，並在每章後附有小結，以利鞏固基礎知識和訓練解決實際問題的能力。
按照電氣資訊類專業對自動控制原理課程的要求，本書分為八章，第1章，緒論；第2章，數學模型；第3章，時域分析；第4章，根軌跡分析；第5章，頻率法；第6章，系統校正；第7章，非線性系統；第8章，採樣控制系統。

第1章 自動控制的一般概念 1
1.1 引例 1
1.2 回饋的基本概念 2
1.3 術語 3
1.4 自動控制系統示例 5
1.5 控制系統的組成 5
1.5.1 回饋控制系統的基本組成 5
1.5.2 開環控制 7
1.5.3 閉環與開環控制系統的比較 7
1.5.4 複合控制系統 8
1.6 自動控制系統的分類 8
1.7 對自動控制系統的基本要求 11
1.8 本課程的任務 11
1.9 自動控制理論的發展 12
習題 15
第2章 連續控制系統的數學模型 17
2.1 引例 17
2.2 控制系統數學模型的概念 18
2.2.1 數學模型的類型 18
2.2.2 數學模型的特點 19
2.2.3 建立數學模型的方法 19
2.3 控制系統的動態微分方程 20
2.3.1 列寫動態微分方程的一般方法 20
2.3.2 非線性元件微分方程的線性化 23
2.4 控制系統的傳遞函數 26
2.4.1 傳遞函數的定義 26
2.4.2 傳遞函數的性質 26
2.4.3 傳遞函數的求取 27
2.5 動態結構圖及其等效變換 30
2.5.1 動態結構圖的概念 30
2.5.2 結構圖的等效變換 33
2.6 信號流圖 37
2.6.1 信號流圖介紹 38
2.6.2 系統的信號流圖 38
2.6.3 信號流圖中的術語 40
2.6.4 信號流圖的性質 41
2.6.5 梅遜(Mason)公式 41
2.7 磁懸浮系統的數學模型 43
小結 49
習題 49
第3章 時域分析法 55
3.1 引例 55
3.2 典型輸入信號和時域性能指標 56
3.2.1 典型輸入信號 56
3.2.2 動態過程和穩態過程 58
3.2.3 控制系統的時域性能指標 58
3.3 典型系統的動態回應及其性能指標 60
3.3.1 一階系統的動態回應分析 60
3.3.2 二階系統的動態回應分析 62
3.3.3 二階系統性能的改善 68
3.4 高階系統的動態分析 70
3.4.1 高階系統的瞬態回應 70
3.4.2 高階系統的降階 71
3.5 線性系統的穩定性分析 73
3.5.1 穩定的概念和穩定的充要條件 73
3.5.2 代數穩定判據 74
3.5.3 代數判據的應用 76
3.6 穩態誤差分析與計算 78
3.6.1 誤差及穩態誤差的定義 79
3.6.2 給定輸入下的穩態誤差 80
3.6.3 擾動信號作用下的穩態誤差 83
3.7 應用MATLAB進行時域分析 85
3.7.1 應用MATLAB分析系統的穩定性 85
3.7.2 應用MATLAB分析系統的動態特性 86
3.8 爐溫自動控制系統時域分析 87
3.8.1 系統各部分的傳遞函數 87
3.8.2 系統的時域分析 89
小結 91
習題 91
第4章 根軌跡法 94
4.1 引例 94
4.2 根軌跡的基本概念 95
4.2.1 根軌跡 95
4.2.2 根軌跡方程及相角、幅值條件 95
4.2.3 閉環零、極點與開環零、極點之間的關係 96
4.3 根軌跡繪製規則 97
4.3.1 根軌跡的起點與終點 98
4.3.2 根軌跡的分支數與對稱性 98
4.3.3 實軸上的根軌跡 99
4.3.4 根軌跡的漸近線 99
4.3.5 分離點及會合點 100
4.3.6 根軌跡的起始角與終止角 101
4.3.7 根軌跡與虛軸的交點 102
4.3.8 根之和規律 102
4.4 控制系統根軌跡的繪製 103
4.5 廣義根軌跡 108
4.5.1 參數根軌跡 109
4.5.2 正回饋系統的根軌跡 110
4.5.3 非最小相位系統的根軌跡 111
4.6 控制系統的根軌跡分析 114
4.6.1 閉環零點、極點和開環根軌跡增益的確定 114
4.6.2 閉環零點、極點分佈對系統性能的影響 114
4.6.3 利用根軌跡估算系統性能 115
4.6.4 開環零、極點對根軌跡的影響 116
4.7 利用MATLAB繪製系統的根軌跡 118
4.8 用根軌跡法設計小車控制系統 120
4.8.1 系統建模 120
4.8.2 控制器的設計 121
小結 123
習題 124
第5章 頻率特性法 127
5.1 引例 127
5.2 頻率特性 127
5.2.1 基本概念 127
5.2.2 頻率特性曲線 130
5.3 典型環節的頻率特性 131
5.4 系統的開環頻率特性 138
5.4.1 開環幅相曲線 139
5.4.2 開環對數頻率特性曲線 141
5.4.3 最小相位系統與非最小相位系統 142
5.5 奈奎斯特穩定判據 144
5.5.1 數學基礎 144
5.5.2 奈奎斯特穩定判據 146
5.5.3 對數頻率穩定判據 150
5.6 開環頻域分析 152
5.6.1 穩定裕度 152
5.6.2 開環頻率特性分析 154
5.7 閉環頻率特性 157
5.7.1 閉環頻域指標 157
5.7.2 閉環頻域指標和時域指標的關係 157
5.7.3 閉環頻域指標和開環頻域指標的關係 158
5.8 MATLAB頻域特性分析 160
小結 161
習題 161
第6章 控制系統的校正 166
6.1 校正的基本概念 166
6.1.1 校正的定義 166
6.1.2 校正方式 167
6.1.3 校正裝置的設計方法 168
6.2 頻率法串聯校正 169
6.2.1 串聯超前校正 169
6.2.2 串聯滯後校正 172
6.2.3 串聯滯後超前校正 176
6.2.4 串聯綜合法校正 179
6.2.5 PID調節器 182
6.3 頻率法回饋校正 185
6.3.1 回饋校正原理 185
6.3.2 綜合法回饋校正 185
6.4 複合校正 188
6.4.1 按擾動補償的複合校正 188
6.4.2 按輸入補償的複合校正 190
6.5 MATLAB在控制系統校正中的應用 191
小結 193
習題 194
第7章 非線性系統 197
7.1 引例 197
7.2 常見非線性系統及其特點 199
7.2.1 常見非線性特性 199
7.2.2 非線性系統的特點 201
7.3 相平面法 204
7.3.1 基本概念 204
7.3.2 線性系統的相軌跡 204
7.3.3 相軌跡的做法 208
7.3.4 非線性系統的相平面分析 211
7.4 描述函數法 214
7.4.1 描述函數的概念 214
7.4.2 描述函數的求法 215
7.4.3 用描述函數研究非線性系統的穩定性和自振 220
7.5 基於MATLAB的非線性系統分析 225
7.6 非線性特性的利用 232
小結 235
習題 235
第8章 採樣控制系統 240
8.1 引例 240
8.2 採樣與保持 241
8.2.1 採樣過程 241
8.2.2 採樣定理 243
8.2.3 零階保持器 245
8.3 差分方程 247
8.3.1 差分的定義 247
8.3.2 線性常係數差分方程 248
8.4 Z變換 249
8.4.1 Z變換定義 249
8.4.2 Z變換方法 249
8.4.3 Z變換的性質 251
8.4.4 Z反變換 254
8.4.5 差分方程的解法 256
8.5 離散系統的傳遞函數 257
8.5.1 Z傳遞函數的定義 257
8.5.2 離散系統的結構圖與開環傳遞函數 258
8.5.3 閉環系統的傳遞函數 261
8.6 離散系統的穩定性分析 264
8.6.1 離散系統的穩定條件 264
8.6.2 勞斯穩定判據 265
8.7 採樣系統的穩態誤差 267
8.7.1 用終值定理計算穩態誤差 267
8.7.2 用靜態誤差係數計算穩態誤差 268
8.8 暫態回應與傳遞函數零、極點分佈的關係 271
8.9 採樣系統的校正 274
8.9.1 PID數位控制器的設計方法 274
8.9.2 數位控制器的數位化直接設計方法 275
8.9.3 最少拍系統的設計 276
8.10 MATLAB在離散系統中的應用 279
8.10.1 連續系統的離散化 279
8.10.2 求採樣系統的回應 279
小結 281
習題 281
參考文獻 285