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目次
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《電氣工程、自動化專業規劃教材．普通高等教育“十二五”規劃教材：自動控制原理》比較全面系統地闡述了自動控制原理的基本理論和應用。《電氣工程、自動化專業規劃教材．普通高等教育“十二五”規劃教材：自動控制原理》分8章。第1章深入淺出地講述了自動控制的基本概念和發展歷史；第2章介紹了線性連續控制系統在時域和複域中的數學模型及其結構圖和信號流圖；第3～5章分別講述了線性連續控制系統的時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析法；第6章比較全面地闡述了線性連續控制系統的幾種典型校正方法；第7章主要講述了一種非線性連續系統分析方法：描述函數法；第8章重點介紹了離散系統的數學模型與穩定性分析。．
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《普通高等教育"十二五"規劃教材?電氣工程、自動化專業規劃教材:自動控制原理》系普通高等教育“十二五”規劃教材，電氣工程、自動化專業規劃教材。《普通高等教育"十二五"規劃教材?電氣工程、自動化專業規劃教材:自動控制原理》可作為高等工科院校自動化、電氣工程與自動化、測控技術與儀器、機械電子工程、探測制導與控制技術、飛行器設計與工程、航天運輸與控制等專業的本科生教材，也可供從事自動控制類的各專業工程技術人員自學參考。
目次
第1章 自動控制系統導論
1.1 引言
1.1.1 自動控制概念
1.1.2 自動控制技術應用
1.1.3 自動控制系統的基本控制方式
1.2 反饋控制原理與示例
1.2.1 反饋控制原理
1.2.2 開環控制與反饋控制系統示例
1.2.3 反饋控制系統的基本組成
1.3 自動控制發展簡史
1.4 自動控制系統的分類
1.4.1 線性連續控制系統
1.4.2 線性定常離散控制系統
1.4.3 非線性控制系統
1.5 對自動控制系統的基本要求
1.5.1 基本要求
1.5.2 典型外作用
1.6 控制系統設計概述及設計實例
1.6.1 控制系統設計概論
1.6.2 設計示例1：胰島素注射控制系統
1.6.3 設計示例2：磁盤驅動讀取系統
習題1
第2章 自動控制系統的數學模型
2.1 引言
2.2 自動控制系統時域數學模型的建立
2.2.1 自動控制元件運動方程的建立
2.2.2 線性系統的基本特性
2.2.3 運動的模態
2.3 數學模型的線性化
2.4 傳遞函數
2.4.1 傳遞函數的定義和性質
2.4.2 傳遞函數的極點與零點
2.5 典型環節——傳遞函數的基本因子
2.5.1 比例環節G（s）=K
2.5.2 一階慣性環節G（s）=1/（Ts+1）
2.5.3 理想微分環節G（s）=Ks
2.5.4 積分環節G（s）=K/s（其中K為常數）
2.5.5 二階振蕩環節G（s）=K/T2S2+2ζTS+A（0<><1）>
2.6 結構圖及其等效變換
2.6.1 結構圖的基本概念
2.6.2 結構圖的繪制
2.6.3 結構圖等效變換
2.7 信號流圖及梅森增益公式
2.7.1 信號流圖的基本概念
2.7.2 梅森增益公式
2.7.3 信號流圖的繪制
2.8 開環傳遞函數與閉環傳遞函數
2.8.1 開環傳遞函數
2.8.2 閉環傳遞函數
2.9 設計示例：磁盤驅動讀取系統
2.10 控制系統在MATLAB中的描述及部分分式展開
2.10.1 控制系統在MATLAB中的描述
2.10.2 部分分式展開
習題2
第3章 自動控制系統的時域分析
3.1 引言
3.2 線性系統的穩定性分析
3.2.1 穩定性定義
3.2.2 系統穩定的充分必要條件
3.3 勞斯穩定性判據
3.3.1 勞斯穩定性判據
3.3.2 應用勞斯判據確定系統參數
3.4 過渡過程的基本概念
3.4.1 過渡過程定義
3.4.2 單位階躍響應及其性能指標
3.5 一階系統的時域分析
3.5.1 一階系統的單位階躍響應
3.5.2 一階系統的單位脈沖響應
3.5.3 一階系統的單位斜坡響應
3.5.4 一階系統的單位加速度響應
3.6 典型二階系統的時域分析
3.6.1 二階系統的數學模型
3.6.2 二階系統的單位階躍響應
3.6.3 二階系統的瞬態響應指標
3.7 第三個極點和零點對二階系統響應的影響
3.7.1 第三個極點對二階系統響應的影響
3.7.2 附加零點對典型二階系統單位階躍響應的影響
3.7.3 小結
3.8 高階系統的單位階躍響應
3.8.1 單位階躍響應表達式
3.8.2 主導極點和等效二階系統
3.9 線性系統的穩態誤差分析
3.9.1 引言
3.9.2 誤差與穩態誤差
3.9.3 三種標準測試輸入信號下的穩態誤差
3.9.4 動態誤差系數
3.9.5 擾動作用下的穩態誤差
3.9.6 減小或消除穩態誤差的措施
3.10 設計實例
3.10.1 磁盤驅動讀取系統
3.10.2 磁盤驅動讀取系統（續）
3.10.3 英吉利海峽海底隧道鉆機
3.10.4 火星漫游車轉向控制
3.11 用MATLAB進行系統的時域分析
習題3
第4章 根軌跡法
4.1 引言
4.2 根軌跡的基本概念
4.2.1 二階系統的根軌跡
4.2.2 輻角條件和幅值條件
4.3 根軌跡繪制的基本法則
4.4 根軌跡草圖繪制舉例
4.5 參量根軌跡
4.6 增加極點或零點對根軌跡的影響
4.7 設計實例
4.8 應用MATLAB繪制分析根軌跡
習題4
第5章 頻域分析法
5.1 引言
5.2 頻率特性的基本概念
5.2.1 頻率特性的基本概念
5.2.2 頻率特性的幾何表示法
5.3 典型環節的頻率特性
5.3.1 比例環節的頻率特性
5.3.2 積分環節的頻率特性
5.3.3 微分環節的頻率特性
5.3.4 慣性環節的頻率特性
5.3.5 一階微分環節的頻率特性
5.3.6 振蕩環節的頻率特性
5.3.7 不穩定慣性環節的頻率特性
5.3.8 延時環節的頻率特性
5.4 開環系統的頻率特性
5.4.1 最小相位與非最小相位系統
5.4.2 開環幅相頻率特性作圖法
5.4.3 開環系統的對數頻率特性曲線
5.4.4 傳遞函數的頻域實驗確定
5.5 奈奎斯特穩定性判據
5.5.1 引言
5.5.2 輻角原理
5.5.3 奈奎斯特穩定性判據
5.5.4 開環系統含有積分環節時奈氏判據的推廣
5.5.5 對數頻率穩定性判據
5.6 穩定裕度
5.7 控制系統頻率特性與過渡過程的關系
5.7.1 控制系統的頻帶寬度
5.7.2 二階閉環系統的頻域指標與時域指標的關系
5.7.3 開環頻域指標和時域指標的關系
5.7.4 閉環系統頻域指標和開環頻域指標的轉換
5.8 設計實例
5.9 控制系統頻域響應分析中的MATLAB指令
5.9.1 頻率響應的計算方法
5.9.2 頻率響應曲線繪制
習題5
第6章 控制系統校正
6.1 引言
6.1.1 控制系統校正的基本概念
6.1.2 控制系統設計方法
6.2 頻率法校正的基本概念
6.2.1 頻率法校正原理
6.2.2 系統頻域指標
6.2.3 期望的開環頻率特性
6.3 常用校正裝置及其特性
6.3.1 無源超前網絡
6.3.2 無源滯后網絡
6.3.3 無源滯后—超前網絡
6.4 串聯校正
6.4.1 串聯超前校正
6.4.2 串聯滯后校正
6.4.3 串聯滯后—超前校正
6.4.4 基于綜合法的串聯滯后—超前校正
6.5 標準傳遞函數法
6.5.1 按ITAE準則確定標準傳遞函數
6.5.2 按巴特沃斯濾波器確定標準傳遞函數
6.5.3 最小節拍響應確定標準傳遞函數
6.5.4 標準傳遞函數法綜合串聯校正裝置舉例
6.6 反饋校正
6.6.1 反饋校正的一般特性
6.6.2 比例反饋包圍慣性環節
6.6.3 微分反饋包圍積分環節和慣性環節相串聯的元件
6.6.4 微分反饋包圍振蕩環節
6.6.5 一階微分和二階微分反饋包圍由積分環節和振蕩環節相串聯組成的元件
6.7 PID控制器
6.7.1 PID控制器簡介
6.7.2 確定PID參數幾種方法簡介
6.8 復合校正
6.8.1 按擾動補償的復合校正
6.8.2 按輸入補償的復合校正
6.9 設計實例
習題6
……
第7章 非線性系統
第8章 線性離散系統分析
附錄A 拉氏變換與反變換
參考文獻
1.1 引言
1.1.1 自動控制概念
1.1.2 自動控制技術應用
1.1.3 自動控制系統的基本控制方式
1.2 反饋控制原理與示例
1.2.1 反饋控制原理
1.2.2 開環控制與反饋控制系統示例
1.2.3 反饋控制系統的基本組成
1.3 自動控制發展簡史
1.4 自動控制系統的分類
1.4.1 線性連續控制系統
1.4.2 線性定常離散控制系統
1.4.3 非線性控制系統
1.5 對自動控制系統的基本要求
1.5.1 基本要求
1.5.2 典型外作用
1.6 控制系統設計概述及設計實例
1.6.1 控制系統設計概論
1.6.2 設計示例1：胰島素注射控制系統
1.6.3 設計示例2：磁盤驅動讀取系統
習題1
第2章 自動控制系統的數學模型
2.1 引言
2.2 自動控制系統時域數學模型的建立
2.2.1 自動控制元件運動方程的建立
2.2.2 線性系統的基本特性
2.2.3 運動的模態
2.3 數學模型的線性化
2.4 傳遞函數
2.4.1 傳遞函數的定義和性質
2.4.2 傳遞函數的極點與零點
2.5 典型環節——傳遞函數的基本因子
2.5.1 比例環節G（s）=K
2.5.2 一階慣性環節G（s）=1/（Ts+1）
2.5.3 理想微分環節G（s）=Ks
2.5.4 積分環節G（s）=K/s（其中K為常數）
2.5.5 二階振蕩環節G（s）=K/T2S2+2ζTS+A（0<><1）>
2.6 結構圖及其等效變換
2.6.1 結構圖的基本概念
2.6.2 結構圖的繪制
2.6.3 結構圖等效變換
2.7 信號流圖及梅森增益公式
2.7.1 信號流圖的基本概念
2.7.2 梅森增益公式
2.7.3 信號流圖的繪制
2.8 開環傳遞函數與閉環傳遞函數
2.8.1 開環傳遞函數
2.8.2 閉環傳遞函數
2.9 設計示例：磁盤驅動讀取系統
2.10 控制系統在MATLAB中的描述及部分分式展開
2.10.1 控制系統在MATLAB中的描述
2.10.2 部分分式展開
習題2
第3章 自動控制系統的時域分析
3.1 引言
3.2 線性系統的穩定性分析
3.2.1 穩定性定義
3.2.2 系統穩定的充分必要條件
3.3 勞斯穩定性判據
3.3.1 勞斯穩定性判據
3.3.2 應用勞斯判據確定系統參數
3.4 過渡過程的基本概念
3.4.1 過渡過程定義
3.4.2 單位階躍響應及其性能指標
3.5 一階系統的時域分析
3.5.1 一階系統的單位階躍響應
3.5.2 一階系統的單位脈沖響應
3.5.3 一階系統的單位斜坡響應
3.5.4 一階系統的單位加速度響應
3.6 典型二階系統的時域分析
3.6.1 二階系統的數學模型
3.6.2 二階系統的單位階躍響應
3.6.3 二階系統的瞬態響應指標
3.7 第三個極點和零點對二階系統響應的影響
3.7.1 第三個極點對二階系統響應的影響
3.7.2 附加零點對典型二階系統單位階躍響應的影響
3.7.3 小結
3.8 高階系統的單位階躍響應
3.8.1 單位階躍響應表達式
3.8.2 主導極點和等效二階系統
3.9 線性系統的穩態誤差分析
3.9.1 引言
3.9.2 誤差與穩態誤差
3.9.3 三種標準測試輸入信號下的穩態誤差
3.9.4 動態誤差系數
3.9.5 擾動作用下的穩態誤差
3.9.6 減小或消除穩態誤差的措施
3.10 設計實例
3.10.1 磁盤驅動讀取系統
3.10.2 磁盤驅動讀取系統（續）
3.10.3 英吉利海峽海底隧道鉆機
3.10.4 火星漫游車轉向控制
3.11 用MATLAB進行系統的時域分析
習題3
第4章 根軌跡法
4.1 引言
4.2 根軌跡的基本概念
4.2.1 二階系統的根軌跡
4.2.2 輻角條件和幅值條件
4.3 根軌跡繪制的基本法則
4.4 根軌跡草圖繪制舉例
4.5 參量根軌跡
4.6 增加極點或零點對根軌跡的影響
4.7 設計實例
4.8 應用MATLAB繪制分析根軌跡
習題4
第5章 頻域分析法
5.1 引言
5.2 頻率特性的基本概念
5.2.1 頻率特性的基本概念
5.2.2 頻率特性的幾何表示法
5.3 典型環節的頻率特性
5.3.1 比例環節的頻率特性
5.3.2 積分環節的頻率特性
5.3.3 微分環節的頻率特性
5.3.4 慣性環節的頻率特性
5.3.5 一階微分環節的頻率特性
5.3.6 振蕩環節的頻率特性
5.3.7 不穩定慣性環節的頻率特性
5.3.8 延時環節的頻率特性
5.4 開環系統的頻率特性
5.4.1 最小相位與非最小相位系統
5.4.2 開環幅相頻率特性作圖法
5.4.3 開環系統的對數頻率特性曲線
5.4.4 傳遞函數的頻域實驗確定
5.5 奈奎斯特穩定性判據
5.5.1 引言
5.5.2 輻角原理
5.5.3 奈奎斯特穩定性判據
5.5.4 開環系統含有積分環節時奈氏判據的推廣
5.5.5 對數頻率穩定性判據
5.6 穩定裕度
5.7 控制系統頻率特性與過渡過程的關系
5.7.1 控制系統的頻帶寬度
5.7.2 二階閉環系統的頻域指標與時域指標的關系
5.7.3 開環頻域指標和時域指標的關系
5.7.4 閉環系統頻域指標和開環頻域指標的轉換
5.8 設計實例
5.9 控制系統頻域響應分析中的MATLAB指令
5.9.1 頻率響應的計算方法
5.9.2 頻率響應曲線繪制
習題5
第6章 控制系統校正
6.1 引言
6.1.1 控制系統校正的基本概念
6.1.2 控制系統設計方法
6.2 頻率法校正的基本概念
6.2.1 頻率法校正原理
6.2.2 系統頻域指標
6.2.3 期望的開環頻率特性
6.3 常用校正裝置及其特性
6.3.1 無源超前網絡
6.3.2 無源滯后網絡
6.3.3 無源滯后—超前網絡
6.4 串聯校正
6.4.1 串聯超前校正
6.4.2 串聯滯后校正
6.4.3 串聯滯后—超前校正
6.4.4 基于綜合法的串聯滯后—超前校正
6.5 標準傳遞函數法
6.5.1 按ITAE準則確定標準傳遞函數
6.5.2 按巴特沃斯濾波器確定標準傳遞函數
6.5.3 最小節拍響應確定標準傳遞函數
6.5.4 標準傳遞函數法綜合串聯校正裝置舉例
6.6 反饋校正
6.6.1 反饋校正的一般特性
6.6.2 比例反饋包圍慣性環節
6.6.3 微分反饋包圍積分環節和慣性環節相串聯的元件
6.6.4 微分反饋包圍振蕩環節
6.6.5 一階微分和二階微分反饋包圍由積分環節和振蕩環節相串聯組成的元件
6.7 PID控制器
6.7.1 PID控制器簡介
6.7.2 確定PID參數幾種方法簡介
6.8 復合校正
6.8.1 按擾動補償的復合校正
6.8.2 按輸入補償的復合校正
6.9 設計實例
習題6
……
第7章 非線性系統
第8章 線性離散系統分析
附錄A 拉氏變換與反變換
參考文獻
書摘/試閱
第2章已經詳細講述了如何用數學工具描述一個運動對象的運動。只要知道了對象運動的微分方程和所有參數，就能準確地算出它的各物理量的變化規律，尤其是當系統初始條件為零時，利用拉氏變換和反變換可方便地得到系統在一般給定輸入信號下的輸出響應變化規律。
但實際的工程問題通常并不滿足于簡單地計算出一個既定對象的運動，而往往要問：該對象的某幾個可選參數應當如何選擇和組合，甚至應當如何修改該對象的結構，方能獲得更好的運動性能？如果只會解微分方程，要回答這樣的問題就必須對大量方案分別求解微分方程，再比較所得結果。這顯然很不實際。問題的癥結在于，從對象的微分方程看不出影響對象運動特征的許多因素中，哪些是主要的，哪些是次要的。我們需要的是這樣一類工程分析方法：它雖未必能精確地解出微分方程，卻能提示對象運動的主要特征，并提示對象的運動主要受哪些參數的影響，從而知道如何改進對象的性能。這種工程分析方法的計算量應當不太大。
用工程分析方法分析一個控制系統的運動時，首先要判定的是該系統的運動是否穩定。
第1章曾說過，負反饋是實現控制的基本方法。但是僅僅實現了負反饋未必就能實現控制，更未必能實現性能滿意的控制。試觀察秋千：以秋千的垂直懸掛位置為基準，在蕩秋千時，當秋千擺到南邊，就把它向北推；擺到北邊，就向南推，這也是負反饋控制。但這樣“控制”的結果，不但不能使秋千回到垂直位置不動，相反卻使秋千越擺越高，最后在基準位置的兩側形成大幅度的等幅振蕩。設計的不好的負反饋控制系統的被控量也會出現與此類似的振蕩。在技術上就說該反饋系統不穩定，不穩定的負反饋系統顯然根本不可能實現自動控制，工程上不能接受。
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