1.內(nèi)容簡介
本書是為了適應應用型高等院校工程教育改革而編寫的控制類課程基礎教材，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)校正設計方法。在講解控制理論基礎知識的同時，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)學模型、控制系統(tǒng)的時域分析、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。為了能夠使學生更有效地進行控制理論的學習和應用，本書在相關章節(jié)加入了基于MATLAB的計算機輔助分析和設計的內(nèi)容。每章配有相應的習題。本書可作為高等院校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術及儀器、電子信息工程、機械、動力等專業(yè)的教科書，也可作為從事自動控制類的工程技術人員的參考用書。 2.前言
自動控制原理是自動化學科的重要基礎理論，同時又是系統(tǒng)學科、信息學科、機械學科等相關學科的應用基礎，在工業(yè)、軍事、社會和經(jīng)濟等領域有著廣泛的應用。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，經(jīng)典控制理論的許多分析、設計方法及實現(xiàn)手段也產(chǎn)生了很大的變化。在此背景下，根據(jù)應用型工科人才培養(yǎng)的需要，結合相關專業(yè)的教學大綱，編寫了本書。旨在使讀者通過學習，不僅能掌握經(jīng)典控制理論基本的分析和設計方法，也能使用計算機輔助工具——MATLAB對控制系統(tǒng)進行分析。
本書的編者都是“自動控制原理”課程教學的一線教師，從事該課程教學的平均教齡超10年，有豐富的教學經(jīng)驗，十分了解當前學生的需求及該課程的發(fā)展歷程。本書定位于工程應用型人才培養(yǎng)，廣泛參考國內(nèi)外優(yōu)秀教材內(nèi)容和體系結構，結合編者教學經(jīng)驗而編寫，在編寫過程中，力求內(nèi)容簡練、概念清晰、循序漸進、深入淺出、聯(lián)系實際，以符合教學規(guī)律；在保證系統(tǒng)理論的完整性和系統(tǒng)性的基礎上，盡量避免繁雜的公式推導，使全書條理清晰、結構嚴謹；將目前使用最為廣泛的控制系統(tǒng)分析和綜合設計軟件包——MATLAB融入到教學內(nèi)容中。另外，為了便于理解和鞏固所學的內(nèi)容，方便不同層次的學生和讀者自學，各章都附有典型例題和習題。
教材主要內(nèi)容簡介如下：
第1章對自動控制理論的發(fā)展系統(tǒng)組成、系統(tǒng)分類等進行了簡單介紹。
第2章介紹控制系統(tǒng)的數(shù)學描述方法，系統(tǒng)地介紹了控制系統(tǒng)的數(shù)學模型以及利用結構圖等效化簡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)的時域分析方法，引入了控制系統(tǒng)的性能指標及其計算方法，重點對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準確性的分析方法進行了討論。
第4章介紹了線性系統(tǒng)根軌跡分析方法，重點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控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性進行分析。
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計方法。
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、張燕紅擔任主編，高敏、田會峰、陳倫瓊擔任副主編。第1章由常州工學院的陳倫瓊編寫，第2章由常州工學院的高敏編寫，第3、4章由常州工學院的張燕紅編寫，第5、6章由常州工學院的謝成祥編寫，第7章由江蘇科技大學的田會峰編寫，全書由張燕紅統(tǒng)稿。
本書由常州工學院的謝成祥、張燕紅擔任主編，常州工學院的高敏、江蘇科技大學的田會峰、常州工學院的陳倫瓊擔任副主編。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，懇請讀者批評指教。
編者
2018年8月
3.目錄
1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(nèi)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)
小結(6)
習題(7)
2控制系統(tǒng)的數(shù)學模型(8)
2.1系統(tǒng)動態(tài)微分方程模型(8)
2.2非線性數(shù)學模型的線性化(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)結構圖及其等效變換(19)
2.4.1動態(tài)結構圖的概念(20)
2.4.2動態(tài)結構圖的繪制(20)
2.4.3動態(tài)結構圖的等效變換(21)
2.5信號流圖與梅遜公式(25)
2.5.1信號流圖的組成要素及其術語(25)
2.5.2信號流圖的繪制(26)
2.5.3梅遜（Mason）公式(27)
2.6在MATLAB中系統(tǒng)數(shù)學模型的表示(29)
2.6.1傳遞函數(shù)模型(29)
2.6.2零極點增益(ZPK)模型(31)
2.6.3系統(tǒng)數(shù)學模型之間的轉換(31)
2.6.4系統(tǒng)的連接(33)
小結(34)
習題(34)
3線性系統(tǒng)的時域分析法(38)
3.1典型輸入信號和時域性能指標(38)
3.1.1典型輸入信號(39)
3.1.2時域性能指標(40)
3.2一階系統(tǒng)的時域分析(41)
3.2.1一階系統(tǒng)的結構圖和數(shù)學模型(41)
3.2.2一階系統(tǒng)的單位階躍響應(42)
3.2.3一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(43)
3.2.4一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(43)
3.3二階系統(tǒng)的時域分析(44)
3.3.1二階系統(tǒng)的結構圖和數(shù)學模型(44)
3.3.2二階系統(tǒng)的單位階躍響應(45)
3.3.3二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(49)
3.4高階系統(tǒng)的時域分析(53)
3.4.1高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(54)
3.4.2閉環(huán)主導極點(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)誤差的計算(64)
3.6.4擾動穩(wěn)態(tài)誤差的計算(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進行線性系統(tǒng)的時域分析(74)
3.8.1應用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性(74)
3.8.2應用MATLAB進行部分分式展開(74)
3.8.3應用MATLAB分析系統(tǒng)的動態(tài)特性(76)
3.8.4用ltiview獲得響應曲線和性能指標(81)
小結(82)
習題(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根軌跡的應用(106)
4.4.1分析系統(tǒng)的性能(106)
4.4.2閉環(huán)零、極點位置與系統(tǒng)瞬態(tài)響應的關系(109)
4.4.3增加開環(huán)零點、開環(huán)極點對根軌跡的影響(109)
4.5應用MATLAB進行根軌跡分析(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(119)
習題(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（極坐標圖）的繪制(125)
5.2.1典型環(huán)節(jié)頻率特性的極坐標圖(126)
5.2.2系統(tǒng)開環(huán)幅相曲線（極坐標圖）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對數(shù)頻率特性曲線(134)
5.3.1典型環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性圖(134)
5.3.2開環(huán)對數(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)性能指標的關系(156)
5.6.1閉環(huán)頻率特性及其性能指標(156)
5.6.2控制系統(tǒng)頻域指標與時域指標的關系(157)
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(160)
5.7用MATLAB進行頻域分析(162)
小結(169)
習題(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(174)
6.2.2校正方式(176)
6.2.3校正裝置的設計方法(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)校正的期望對數(shù)頻率特性設計法(190)
6.3.6串聯(lián)工程設計法(195)
6.4反饋校正(197)
6.5基于MATLAB的校正裝置頻域設計(202)
小結(210)
習題(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(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(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)存在周期運動時的穩(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(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運用Simulink分析非線性系統(tǒng)時域響應(239)
小結(241)
習題(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)的所有極點都是不相等的實數(shù)(251)
A.3.2F(s)的極點包含有共軛復數(shù)(252)
A.3.3F(s)的極點包含有相等的實數(shù)(253)
附錄B常用函數(shù)的拉普拉斯變換(255) 參考文獻(256)
| 
