1.內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書是為了適應(yīng)應(yīng)用型高等院校工程教育改革而編寫的控制類課程基礎(chǔ)教材，主要介紹了經(jīng)典控制理論的基本內(nèi)容、控制系統(tǒng)的分析方法及系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)方法。在講解控制理論基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，介紹了一些典型的控制系統(tǒng)，有利于讀者更好地掌握經(jīng)典控制理論的內(nèi)容。全書共分7章，包括緒論、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)的時(shí)域分析、根軌跡法、頻域分析法、控制系統(tǒng)的校正方法、非線性系統(tǒng)分析。為了能夠使學(xué)生更有效地進(jìn)行控制理論的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，本書在相關(guān)章節(jié)加入了基于MATLAB的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)的內(nèi)容。每章配有相應(yīng)的習(xí)題。本書可作為高等院校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)及儀器、電子信息工程、機(jī)械、動(dòng)力等專業(yè)的教科書，也可作為從事自動(dòng)控制類的工程技術(shù)人員的參考用書。 2.前言
自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化學(xué)科的重要基礎(chǔ)理論，同時(shí)又是系統(tǒng)學(xué)科、信息學(xué)科、機(jī)械學(xué)科等相關(guān)學(xué)科的應(yīng)用基礎(chǔ)，在工業(yè)、軍事、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，經(jīng)典控制理論的許多分析、設(shè)計(jì)方法及實(shí)現(xiàn)手段也產(chǎn)生了很大的變化。在此背景下，根據(jù)應(yīng)用型工科人才培養(yǎng)的需要，結(jié)合相關(guān)專業(yè)的教學(xué)大綱，編寫了本書。旨在使讀者通過(guò)學(xué)習(xí)，不僅能掌握經(jīng)典控制理論基本的分析和設(shè)計(jì)方法，也能使用計(jì)算機(jī)輔助工具——MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。
本書的編者都是“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)的一線教師，從事該課程教學(xué)的平均教齡超10年，有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，十分了解當(dāng)前學(xué)生的需求及該課程的發(fā)展歷程。本書定位于工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)，廣泛參考國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀教材內(nèi)容和體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合編者教學(xué)經(jīng)驗(yàn)而編寫，在編寫過(guò)程中，力求內(nèi)容簡(jiǎn)練、概念清晰、循序漸進(jìn)、深入淺出、聯(lián)系實(shí)際，以符合教學(xué)規(guī)律；在保證系統(tǒng)理論的完整性和系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上，盡量避免繁雜的公式推導(dǎo)，使全書條理清晰、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)；將目前使用最為廣泛的控制系統(tǒng)分析和綜合設(shè)計(jì)軟件包——MATLAB融入到教學(xué)內(nèi)容中。另外，為了便于理解和鞏固所學(xué)的內(nèi)容，方便不同層次的學(xué)生和讀者自學(xué)，各章都附有典型例題和習(xí)題。
教材主要內(nèi)容簡(jiǎn)介如下：
第1章對(duì)自動(dòng)控制理論的發(fā)展系統(tǒng)組成、系統(tǒng)分類等進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。
第2章介紹控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述方法，系統(tǒng)地介紹了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及利用結(jié)構(gòu)圖等效化簡(jiǎn)和梅遜增益公式確定系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的方法。
第3章介紹了線性系統(tǒng)的時(shí)域分析方法，引入了控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及其計(jì)算方法，重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性的分析方法進(jìn)行了討論。
第4章介紹了線性系統(tǒng)根軌跡分析方法，重點(diǎn)討論了根軌跡的繪制法則、根軌跡的繪制步驟以及利用根軌跡分析系統(tǒng)性能的方法。
第5章介紹了系統(tǒng)頻域分析方法，著重介紹奈奎斯特圖和伯德圖的繪制方法，以及如何利用奈奎斯特圖和伯德圖對(duì)控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性進(jìn)行分析。
第6章介紹了控制系統(tǒng)的綜合和校正方法，主要介紹了采用頻率特性進(jìn)行系統(tǒng)校正的方法，敘述了超前校正、滯后校正以及滯后超前校正的設(shè)計(jì)方法。
第7章介紹非線性系統(tǒng)分析，主要有相平面法和描述函數(shù)法。
本書由謝成祥、張燕紅擔(dān)任主編，高敏、田會(huì)峰、陳倫瓊擔(dān)任副主編。第1章由常州工學(xué)院的陳倫瓊編寫，第2章由常州工學(xué)院的高敏編寫，第3、4章由常州工學(xué)院的張燕紅編寫，第5、6章由常州工學(xué)院的謝成祥編寫，第7章由江蘇科技大學(xué)的田會(huì)峰編寫，全書由張燕紅統(tǒng)稿。
本書由常州工學(xué)院的謝成祥、張燕紅擔(dān)任主編，常州工學(xué)院的高敏、江蘇科技大學(xué)的田會(huì)峰、常州工學(xué)院的陳倫瓊擔(dān)任副主編。第1章由陳倫瓊編寫，第2章由高敏編寫，第3、4章由張燕紅編寫，第5、6章由謝成祥編寫，第7章由田會(huì)峰編寫，全書由張燕紅統(tǒng)稿。
由于編者水平有限，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指教。
編者
2018年8月
3.目錄
1緒論(1)
1.1自動(dòng)控制理論及應(yīng)用(1)
1.2自動(dòng)控制理論的基本內(nèi)容(1)
1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(2)
1.3.1按信號(hào)傳遞路徑分類(2)
1.3.2按控制作用的特點(diǎn)分類(3)
1.3.3控制系統(tǒng)的其他類型(4)
1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成(4)
1.5自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求(5)
小結(jié)(6)
習(xí)題(7)
2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(8)
2.1系統(tǒng)動(dòng)態(tài)微分方程模型(8)
2.2非線性數(shù)學(xué)模型的線性化(11)
2.3傳遞函數(shù)(12)
2.3.1傳遞函數(shù)的定義(13)
2.3.2傳遞函數(shù)的性質(zhì)(14)
2.3.3傳遞函數(shù)的求取(14)
2.3.4典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)(15)
2.3.5控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(18)
2.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及其等效變換(19)
2.4.1動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的概念(20)
2.4.2動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的繪制(20)
2.4.3動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換(21)
2.5信號(hào)流圖與梅遜公式(25)
2.5.1信號(hào)流圖的組成要素及其術(shù)語(yǔ)(25)
2.5.2信號(hào)流圖的繪制(26)
2.5.3梅遜（Mason）公式(27)
2.6在MATLAB中系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的表示(29)
2.6.1傳遞函數(shù)模型(29)
2.6.2零極點(diǎn)增益(ZPK)模型(31)
2.6.3系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型之間的轉(zhuǎn)換(31)
2.6.4系統(tǒng)的連接(33)
小結(jié)(34)
習(xí)題(34)
3線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法(38)
3.1典型輸入信號(hào)和時(shí)域性能指標(biāo)(38)
3.1.1典型輸入信號(hào)(39)
3.1.2時(shí)域性能指標(biāo)(40)
3.2一階系統(tǒng)的時(shí)域分析(41)
3.2.1一階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和數(shù)學(xué)模型(41)
3.2.2一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)(42)
3.2.3一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)(43)
3.2.4一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)(43)
3.3二階系統(tǒng)的時(shí)域分析(44)
3.3.1二階系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和數(shù)學(xué)模型(44)
3.3.2二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)(45)
3.3.3二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)(49)
3.4高階系統(tǒng)的時(shí)域分析(53)
3.4.1高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)(54)
3.4.2閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)(55)
3.5線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析(55)
3.5.1穩(wěn)定性的概念 (55)
3.5.2線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件(56)
3.5.3勞斯判據(jù)(57)
3.5.4控制系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性(61)
3.6線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析(62)
3.6.1穩(wěn)態(tài)誤差定義(62)
3.6.2控制系統(tǒng)的類型(63)
3.6.3給定穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算(64)
3.6.4擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)算(67)
3.7提高系統(tǒng)性能的方法(69)
3.7.1比例(P)控制(69)
3.7.2積分( I )控制(70)
3.7.3比例加積分(PI)控制(70)
3.7.4比例加微分(PD)控制(71)
3.7.5比例加積分加微分(PID)控制(73)
3.8用MATLAB進(jìn)行線性系統(tǒng)的時(shí)域分析(74)
3.8.1應(yīng)用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性(74)
3.8.2應(yīng)用MATLAB進(jìn)行部分分式展開(74)
3.8.3應(yīng)用MATLAB分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性(76)
3.8.4用ltiview獲得響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)(81)
小結(jié)(82)
習(xí)題(83)
4線性系統(tǒng)的根軌跡法(86)
4.1根軌跡的基本概念(86)
4.1.1根軌跡圖(86)
4.1.2根軌跡的幅值條件和相角條件(87)
4.2繪制根軌跡的規(guī)則和方法(89)
4.3廣義根軌跡(101)
4.3.1廣義根軌跡的繪制(101)
4.3.2多回路系統(tǒng)的根軌跡繪制(101)
4.3.3正反饋回路的根軌跡(103)
4.4根軌跡的應(yīng)用(106)
4.4.1分析系統(tǒng)的性能(106)
4.4.2閉環(huán)零、極點(diǎn)位置與系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)系(109)
4.4.3增加開環(huán)零點(diǎn)、開環(huán)極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響(109)
4.5應(yīng)用MATLAB進(jìn)行根軌跡分析(111)
4.5.1繪制基本根軌跡圖(111)
4.5.2根軌跡分析系統(tǒng)性能(115)
小結(jié)(119)
習(xí)題(119)
5控制系統(tǒng)的頻率特性法(121)
5.1頻率特性的基本概念(121)
5.1.1頻率特性的定義(121)
5.1.2頻率特性的性質(zhì)(123)
5.1.3頻率特性的表示方法(123)
5.2幅相頻率特性曲線（極坐標(biāo)圖）的繪制(125)
5.2.1典型環(huán)節(jié)頻率特性的極坐標(biāo)圖(126)
5.2.2系統(tǒng)開環(huán)幅相曲線（極坐標(biāo)圖）的繪制(129)
5.2.3開環(huán)幅相曲線的一般繪制規(guī)則(132)
5.3對(duì)數(shù)頻率特性曲線(134)
5.3.1典型環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性圖(134)
5.3.2開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的繪制(139)
5.3.3最小相位系統(tǒng)(142)
5.3.4從伯德圖求開環(huán)傳遞函數(shù)(143)
5.4奈奎斯特(Nyquist)穩(wěn)定判據(jù)(146)
5.4.1幅角原理(146)
5.4.2奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)(147)
5.4.3奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)在伯德圖上的應(yīng)用(152)
5.5穩(wěn)定裕度(153)
5.6開環(huán)頻率特性與系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系(156)
5.6.1閉環(huán)頻率特性及其性能指標(biāo)(156)
5.6.2控制系統(tǒng)頻域指標(biāo)與時(shí)域指標(biāo)的關(guān)系(157)
5.6.3開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)系(160)
5.7用MATLAB進(jìn)行頻域分析(162)
小結(jié)(169)
習(xí)題(170)
6控制系統(tǒng)的校正方法(173)
6.1前言(173)
6.2系統(tǒng)校正的基本概念(174)
6.2.1性能指標(biāo)(174)
6.2.2校正方式(176)
6.2.3校正裝置的設(shè)計(jì)方法(177)
6.3串聯(lián)校正(177)
6.3.1超前校正(177)
6.3.2滯后校正(182)
6.3.3滯后超前校正(186)
6.3.4超前、滯后和滯后超前校正的比較(190)
6.3.5串聯(lián)校正的期望對(duì)數(shù)頻率特性設(shè)計(jì)法(190)
6.3.6串聯(lián)工程設(shè)計(jì)法(195)
6.4反饋校正(197)
6.5基于MATLAB的校正裝置頻域設(shè)計(jì)(202)
小結(jié)(210)
習(xí)題(210)
7非線性控制系統(tǒng)分析(213)
7.1非線性控制系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)(213)
7.1.1典型非線性環(huán)節(jié)(213)
7.1.2非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)(215)
7.1.3非線性系統(tǒng)的研究方法(216)
7.2描述函數(shù)法(216)
7.2.1描述函數(shù)的基本思想與應(yīng)用前提(216)
7.2.2描述函數(shù)的定義(217)
7.2.3典型非線性特性的描述函數(shù)(218)
7.2.4組合非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)(220)
7.2.5基于描述函數(shù)的非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性分析(222)
7.2.6非線性系統(tǒng)存在周期運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性分析(223)
7.3相平面法(227)
7.3.1基本概念(227)
7.3.2相平面圖繪制方法(228)
7.3.3相平面、相軌跡的特點(diǎn)(230)
7.3.4線性系統(tǒng)基本的相軌跡(230)
7.3.5非線性系統(tǒng)的相平面分析(235)
7.3.6非線性系統(tǒng)相平面分區(qū)線性化方法(236)
7.4用MATLAB進(jìn)行非線性控制系統(tǒng)分析(238)
7.4.1非線性系統(tǒng)的線性化(238)
7.4.2直接求解非線性微分方程(238)
7.4.3運(yùn)用Simulink分析非線性系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)(239)
小結(jié)(241)
習(xí)題(242)
附錄A拉普拉斯變換(245)
A.1拉氏變換的概念(245)
A.1.1拉氏變換的定義式(245)
A.1.2常用函數(shù)的拉氏變換(245)
A.2拉氏變換的性質(zhì)(247)
A.2.1線性性質(zhì)(247)
A.2.2微分性質(zhì)(247)
A.2.3積分性質(zhì)(248)
A.2.4位移性質(zhì)(248)
A.2.5延遲性質(zhì)(249)
A.2.6相似性質(zhì)(249)
A.2.7初值定理(249)
A.2.8終值定理(250)
A.3拉氏反變換(251)
A.3.1F(s)的所有極點(diǎn)都是不相等的實(shí)數(shù)(251)
A.3.2F(s)的極點(diǎn)包含有共軛復(fù)數(shù)(252)
A.3.3F(s)的極點(diǎn)包含有相等的實(shí)數(shù)(253)
附錄B常用函數(shù)的拉普拉斯變換(255) 參考文獻(xiàn)(256)
| 
