自动控制原理PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

自动控制原理PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 自动控制的基本概念1

1.1　概述1

1.2　控制系统工作原理2

1.3　自动控制系统的类型4

1.3.1 开环控制系统和闭环控制系统4

1.3.2　定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统6

1.3.3　连续控制系统和离散控制系统8

1.3.4　线性控制系统和非线性控制系统8

1.3.5　单变量控制系统和多变量控制系统9

1.3.6　集中参数系统和分布参数系统10

1.3.7　确定性系统和不确定性系统11

习题11

第2章 控制系统的数学基础及数学模型15

2.1　引言15

2.2　Laplace变换及其应用举例15

2.2.1 Laplace变换的定义15

2.2.2　基本函数的拉氏变换16

2.2.3　拉氏变换的主要运算定理19

2.2.4　拉氏反变换20

2.2.5　拉氏变换的应用举例21

2.2.6　海维塞德（Heaviside）部分分式展开法24

2.3　传递函数29

2.3.1　传递函数的定义29

2.3.2　传递函数的极点和零点30

2.3.3　典型环节及其传递函数31

2.3.4　具有反向响应特性系统的传递函数34

2.4　方块图35

2.4.1　方块图的基本符号和连接35

2.4.2　方块图的变换和简化38

2.5　信号流图44

2.5.1　信号流图常用语术45

2.5.2　方块图及相应的信号流图46

2.5.3　方块图与信号流图的转换47

2.5.4　信号流图的运算与简化规则48

2.5.5　梅逊增益公式50

2.6　自动控制系统的数学模型53

2.6.1　电气系统的数学模型54

2.6.2　机械系统的数学模型60

2.6.3　化工系统的数学模型65

2.6.4　检测装置的数学模型78

2.6.5　执行装置的数学模型81

2.7　典型对象或环节的数学模型85

2.7.1 比例环节86

2.7.2　积分环节86

2.7.3　微分环节87

2.7.4　惯性环节88

2.7.5　振荡环节90

2.7.6　纯滞后环节91

2.8 应用MATLAB对数学模型进行描述94

2.8.1 应用MATLAB进行数学模型转换94

2.8.2　应用MATLAB求系统时域解97

2.8.3 基于MATLAB求取系统传递函数99

习题103

第3章 控制系统的时域分析法111

3.1　引言111

3.2　典型输入信号111

3.2.1　阶跃函数112

3.2.2　脉冲函数112

3.2.3　斜坡函数113

3.2.4　正弦函数114

3.3　控制系统的瞬态响应114

3.3.1　一阶系统的瞬态响应114

3.3.2　二阶系统的瞬态响应115

3.3.3　二阶系统的单位脉冲响应121

3.3.4　三阶系统的单位阶跃响应121

3.3.5　高阶系统瞬态响应近似分析123

3.3.6　主导极点123

3.3.7　系统稳定的基本条件125

3.4　劳斯稳定判据126

3.4.1　系统稳定性的初步判别126

3.4.2　劳斯判据127

3.4.3　劳斯判据的特殊情况130

3.4.4　劳斯判据的应用132

3.5　控制系统的稳态误差134

3.5.1　稳态误差和误差传递函数134

3.5.2　控制系统的结构类型136

3.5.3　给定输入（参考输入）下的稳态误差136

3.5.4　扰动输入下的稳态误差139

3.6　控制系统瞬态响应性能指标141

3.6.1　瞬态响应性能指标141

3.6.2　二阶系统瞬态响应性能指标143

3.6.3　瞬态响应性能指标在s平面上的表示148

3.6.4　误差性能指标149

3.7　常规调节规律及其对系统控制性能的影响150

3.7.1　常规调节器的调节规律150

3.7.2　调节器参数对控制过程的影响154

3.8　基于MATLAB的时域分析157

3.8.1 利用MATLAB求系统的时域响应157

3.8.2　利用MATLAB计算时域性能指标160

3.8.3　利用MATLAB判断系统的稳定性161

习题163

第4章　控制系统根轨迹分析法165

4.1　引言165

4.2　根轨迹法的基本概念165

4.3　绘制根轨迹图的基本条件和规则167

4.3.1 绘制根轨迹的相角条件和幅值条件167

4.3.2　绘制根轨迹的基本规则169

4.4　根轨迹绘制方法举例180

4.5　具有纯滞后环节的系统根轨迹193

4.5.1 绘制纯滞后系统根轨迹的基本条件193

4.5.2　纯滞后系统根轨迹的绘制方法194

4.5.3 纯滞后系统根轨迹绘制示例195

4.5.4　纯滞后环节的近似表示200

4.6　根轨迹法在控制系统分析和设计中的应用201

4.6.1 增加开环零点对控制系统的影响——比例微分调节201

4.6.2　增加开环极点对控制系统的影响207

4.6.3　比例积分调节208

4.7　控制系统的根轨迹校正方法211

4.7.1　基于根轨迹的超前校正212

4.7.2　基于根轨迹的滞后校正215

4.8　基于MATLAB的根轨迹分析219

4.8.1 应用MATLAB绘制系统根轨迹219

4.8.2　应用MATLAB分析系统根轨迹223

习题230

第5章　控制系统频率特性分析法233

5.1　引言233

5.2　频率特性及其与传递函数的关系233

5.2.1　频率特性的基本概念233

5.2.2　频率特性与传递函数的关系235

5.3　频率特性的图示方法237

5.3.1　幅相频率特性（Nyquist图）237

5.3.2　对数频率特性（Bode图）249

5.3.3　对数幅相频率特性（Nichols图）268

5.4　奈奎斯特（Nyquist）稳定判据269

5.4.1　映射定理270

5.4.2　奈奎斯特稳定判据275

5.4.3　开环极点或零点位于jw轴上时的奈奎斯特判据280

5.4.4　纯滞后系统的稳定性285

5.4.5　多回路系统的稳定性分析286

5.5　控制系统的稳定裕量287

5.5.1　增益裕量和相角裕量288

5.5.2　相角裕量与过渡过程性能指标的关系290

5.5.3　调节器调节规律对稳定裕量的影响293

5.6　闭环频率特性303

5.6.1 由开环频率特性求取闭环频率特性303

5.6.2　闭环频率特性与时域性能指标的关系308

5.7　频率法在校正装置设计中的应用312

5.7.1　串联超前（微分）校正312

5.7.2　串联滞后（积分）校正316

5.8　基于MATLAB的频域分析320

5.8.1 应用MATLAB绘制伯德图示例320

5.8.2　应用MATLAB绘制奈奎斯特图示例325

5.8.3 应用MATLAB绘制尼柯尔斯图示例331

习题337

第6章 控制系统的状态空间模型340

6.1　引言340

6.2　状态空间的基本概念341

6.2.1　状态、状态变量和状态空间341

6.2.2　状态空间表达式344

6.3　状态空间表达式的建立349

6.3.1 由系统的物理、化学机理建立状态空间表达式349

6.3.2 由系统的输入输出关系建立状态空间表达式356

6.3.3 由系统方块图导出状态空间表达式367

6.4　状态空间表达式的线性变换与规范化368

6.4.1　状态空间的线性变换369

6.4.2　状态空间表达式的规范化369

6.4.3 系统特征值和传递函数矩阵的不变性376

6.5　组合系统的状态空间模型381

6.5.1　并联连接381

6.5.2　串联连接382

6.5.3　反馈连接382

习题383

第7章 控制系统的状态空间分析387

7.1　引言387

7.2　线性定常系统状态方程的解388

7.2.1　齐次状态方程的解388

7.2.2　状态转移矩阵389

7.2.3　非齐次状态方程的解393

7.3　李雅普诺夫稳定性分析396

7.3.1　李雅普诺夫稳定性定义396

7.3.2　李雅普诺夫第一方法399

7.3.3　李雅普诺夫第二方法400

7.3.4　线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析407

7.4　线性系统的能控性和能观性411

7.4.1 能控性和能观性概念的提出411

7.4.2　线性定常连续系统能控性定义及其判据413

7.4.3 线性定常连续系统能观性定义及其判据422

7.4.4　能控性与能观性的对偶关系430

7.4.5　系统的结构分解432

7.4.6　能控性和能观性与传递函数矩阵的关系439

7.4.7　能控规范型和能观规范型441

7.4.8　传递函数矩阵的实现问题445

习题451

第8章 控制系统的状态空间设计455

8.1　引言455

8.2　状态控制器的设计456

8.2.1　状态反馈和输出反馈456

8.2.2　状态反馈系统的能控性和能观性458

8.2.3 状态反馈系统的极点配置459

8.3　状态观测器的设计465

8.3.1　状态观测器的定义465

8.3.2　状态观测器的构造466

8.3.3 状态观测器的设计468

8.3.4　降维观测器的设计470

8.4　带状态观测器的状态反馈系统474

8.4.1 系统的结构与状态空间模型474

8.4.2　系统的基本特性475

8.4.3　系统的设计方法476

8.5　解耦器的设计478

8.5.1　耦合系统与解耦控制478

8.5.2　前馈补偿器解耦481

8.5.3　状态反馈解耦481

习题485

第9章　离散控制系统488

9.1　引言488

9.1.1　连续信号与离散信号488

9.1.2　离散系统的基本类型——采样系统和数字系统488

9.1.3　离散系统的研究方法490

9.2　离散系统的信号转换特性491

9.2.1 信号的采样——采样过程及其数学描述491

9.2.2　信号的复现——采样定理和保持器493

9.3　z变换及改进z变换499

9.3.1　z变换的定义499

9.3.2　z变换的求法501

9.3.3　z变换的基本定理504

9.3.4　z反变换509

9.3.5　改进z变换512

9.4　离散系统的经典数学描述514

9.4.1　差分方程与微分方程的差分化515

9.4.2　脉冲传递函数519

9.5　离散系统的经典分析与设计532

9.5.1　离散系统的稳定性分析532

9.5.2　离散系统的稳态性能分析541

9.5.3　离散系统的动态性能分析543

9.5.4　数字控制器的设计557

9.6　离散系统的状态空间描述565

9.6.1　离散系统状态空间表达式566

9.6.2　离散系统状态空间表达式的建立566

9.7　离散系统的状态空间分析573

9.7.1 线性定常离散系统状态方程的解573

9.7.2　线性定常离散系统的李雅谱诺夫稳定性分析577

9.7.3　线性定常离散系统的能控性和能观性578

习题584

第10章　非线性控制系统587

10.1　引言587

10.1.1　线性系统与非线性系统587

10.1.2　典型的非线性特性587

10.1.3　非线性系统的特殊现象589

10.1.4　非线性控制系统的研究方法591

10.2　描述函数法591

10.2.1　描述函数法的基本思路591

10.2.2　非线性特性的描述函数593

10.2.3　非线性系统的描述函数分析600

10.2.4　非线性系统的等效变换610

10.3　相平面法611

10.3.1　相平面法的基本概念611

10.3.2　相平面图的特性612

10.3.3　相平面图的绘制621

10.3.4　非线性系统的相平面分析630

10.3.5 由相平面图求系统的瞬态响应639

10.4　非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析640

10.4.1　克拉索夫斯基法641

10.4.2　变量梯度法643

习题646

参考文献649