自動控制原理

第1章 自動控制系統(tǒng)概論
1.1 自動控制系統(tǒng)
1.2 開環(huán)控制和閉環(huán)控制
1.2.1 開環(huán)控制
1.2.2 閉環(huán)控制
1.3 控制系統(tǒng)的分類
1.3.1 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)
1.3.2 定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)
1.3.3 連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)
1.3.4 恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序系統(tǒng)
1.3.5 單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)
1.3.6 確定性系統(tǒng)與不確定性系統(tǒng)
1.3.7 集中參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng)
1.3.8 幾種先進控制理論介紹
1.4 控制系統(tǒng)的組成及對控制系統(tǒng)性能的要求
1.4.1 控制系統(tǒng)的組成
1.4.2 對控制系統(tǒng)的性能要求
1.5 控制理論發(fā)展簡史
1.6 本課程的特點與學習方法
小結(jié)
術(shù)語和概念
控制與電氣學科世界著名學者——麥克斯韋
習題

第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1 控制系統(tǒng)數(shù)學模型概述
2.1.1 數(shù)學模型的定義
2.1.2 數(shù)學模型的簡化性與分析準確性
2.1.3 數(shù)學模型的分類
2.1.4 控制系統(tǒng)的建模方法
2.2 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型
2.2.1 控制系統(tǒng)微分方程的建立
2.2.2 非線性微分方程的線性化
2.3 數(shù)學基礎(chǔ)——拉普拉斯變換
2.3.1 拉普拉斯變換的定義
2.3.2 典型函數(shù)的拉氏變換
2.3.3 拉氏變換的基本性質(zhì)
2.3.4 拉氏反變換
2.3.5 應(yīng)用拉氏變換解線性微分方程
2.4 控制系統(tǒng)的復域數(shù)學模型
2.4.1 傳遞函數(shù)
2.4.2 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
2.4.3 電氣網(wǎng)絡(luò)的運算阻抗與傳遞函數(shù)
2.5 控制系統(tǒng)的方框圖和傳遞函數(shù)
2.5.1 方框圖的概念
2.5.2 方框圖的基本變換
2.5.3 反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.5.4 方框圖的化簡及其傳遞函數(shù)
2.6 信號流圖與梅森增益公式
2.6.1 信號流圖
2.6.2 梅森增益公式
2.7 相似原理
小結(jié)
術(shù)語和概念
控制與電氣學科世界著名學者——維納
習題

第3章 線性系統(tǒng)的時域分析法
3.1 典型輸入信號及系統(tǒng)性能指標
3.1.1 典型輸入信號
3.1.2 系統(tǒng)時域性能指標
3.2 一階系統(tǒng)的時域分析
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.2.3 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.2.4 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.2.5 三種響應(yīng)之間的關(guān)系
3.3 二階系統(tǒng)的時域分析
3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.3.3 欠阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)性能指標
3.3.4 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
3.3.5 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.3.6 非零初始條件下的二階系統(tǒng)響應(yīng)
3.4 高階系統(tǒng)的時域分析
3.4.1 三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.4.2 高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.4.3 閉環(huán)主導極點
3.5 改善控制系統(tǒng)動態(tài)性能的方法
3.5.1 速度反饋
3.5.2 添加零點對系統(tǒng)暫態(tài)特性的影響
3.6 線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.6.1 穩(wěn)定的概念
3.6.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
3.6.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
3.6.4 赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)
3.7 線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析
3.7.1 控制系統(tǒng)誤差與穩(wěn)態(tài)誤差
3.7.2 控制系統(tǒng)型別
3.7.3 終值定理法求穩(wěn)態(tài)誤差
3.7.4 靜態(tài)誤差系數(shù)法求穩(wěn)態(tài)誤差
3.7.5 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.7.6 動態(tài)誤差系數(shù)法求動態(tài)誤差
3.8 減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的方法
3.8.1 增大開環(huán)放大倍數(shù)
3.8.2 增加串聯(lián)積分環(huán)節(jié)
3.8.3 復合控制
小結(jié)
術(shù)語和概念
控制與電氣學科世界著名學者——李雅普諾夫
習題

第4章 線性系統(tǒng)的根軌跡法
4.1 控制系統(tǒng)的根軌跡
4.2 繪制180°根軌跡的基本規(guī)則
4.3 廣義根軌跡
4.3.1 參數(shù)根軌跡
4.3.2 0°根軌跡
4.4 閉環(huán)零、極點分布對系統(tǒng)性能的影響
4.4.1 系統(tǒng)閉環(huán)零、極點分布與階躍響應(yīng)的關(guān)系
4.4.2 根軌跡的穩(wěn)定性和動態(tài)性能分析
4.4.3 利用主導極點估算系統(tǒng)的性能指標
4.5 添加開環(huán)零、極點對根軌跡的影響
4.5.1 添加開環(huán)零點對根軌跡的影響
4.5.2 添加開環(huán)極點對根軌跡的影響
4.5.3 添加開環(huán)偶極子對根軌跡的影響
小結(jié)
術(shù)語和概念
控制與電氣學科世界著名學者——伊文思
習題

第5章 線性系統(tǒng)的頻域分析法
5.1 頻率特性的基本概念和表示方法
5.1.1 頻率特性的定義
5.1.2 頻率特性的幾何表示
5.2 系統(tǒng)開環(huán)奈奎斯特圖的繪制
5.2.1 典型環(huán)節(jié)
5.2.2 最小相位環(huán)節(jié)奈奎斯特圖的繪制
5.2.3 開環(huán)奈奎斯特圖的繪制
5.3 系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性圖的繪制
5.3.1 典型環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率特性圖
5.3.2 系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性圖的繪制
5.3.3 系統(tǒng)的類型與對數(shù)幅頻特性曲線低頻漸近線斜率的對應(yīng)關(guān)系
5.4 最小相位系統(tǒng)
5.5 傳遞函數(shù)的頻域?qū)嶒灤_定
5.6 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.6.1 幅角定理
5.6.2 奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)
5.6.3 對數(shù)頻率穩(wěn)定判據(jù)
5.7 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性
5.7.1 相角裕度
5.7.2 幅值裕度
5.8 系統(tǒng)閉環(huán)頻率特性與時域性能指標的關(guān)系
5.8.1 閉環(huán)頻率特性與頻域性能指標
5.8.2 二階系統(tǒng)閉環(huán)頻域指標與時域指標的關(guān)系
5.9 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性與時域性能指標的關(guān)系
5.9.1 開環(huán)幅頻特性“三頻段”與閉環(huán)系統(tǒng)性能的關(guān)系
5.9.2 二階系統(tǒng)開環(huán)頻率特性與時域性能指標的關(guān)系
5.9.3 高階系統(tǒng)頻率特性與時域性能指標的關(guān)系
小結(jié)
術(shù)語和概念
控制與電氣學科世界著名學者——奈奎斯特
習題

第6章 線性系統(tǒng)的綜合與校正
6.1 概述
6.1.1 系統(tǒng)校正的一般概念
6.1.2 校正方式
6.1.3 校正方法
6.2 基本控制規(guī)律
6.2.1 比例（P）控制規(guī)律
6.2.2 比例微分（PD）控制規(guī)律
6.2.3 積分（I）控制規(guī)律
6.2.4 比例積分（PI）控制規(guī)律
6.2.5 比例積分微分（PID）控制規(guī)律
6.3 串聯(lián)校正
6.3.1 串聯(lián)超前校正（PD）
6.3.2 串聯(lián)滯后校正（PI）
6.3.3 串聯(lián)滯后超前校正（PID）
6.3.4 串聯(lián)校正方式比較
6.4 串聯(lián)校正綜合法
6.4.1 期望頻率特性法
6.4.2 按最佳典型系統(tǒng)校正方法
6.5 反饋校正
6.5.1 反饋校正功能
6.5.2 用頻率法分析反饋校正系統(tǒng)
小結(jié)
術(shù)語和概念
控制與電氣學科世界著名學者——伯德
習題

第7章 非線性系統(tǒng)的分析
7.1 非線性系統(tǒng)概述
7.1.1 典型的非線性特性
7.1.2 非線性系統(tǒng)的特點
7.2 描述函數(shù)法
7.2.1 描述函數(shù)法的基本概念
7.2.2 典型非線性特性的描述函數(shù)
7.2.3 組合非線性特性的描述函數(shù)
7.2.4 非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)分析
7.3 相平面分析法
7.3.1 相平面和相軌跡
7.3.2 極限環(huán)
7.3.3 線性系統(tǒng)的相軌跡
7.3.4 相軌跡的繪制方法
7.3.5 由相平面圖求時間解
7.3.6 非線性系統(tǒng)相平面分區(qū)線性化分析方法
小結(jié)
術(shù)語和概念
控制與電氣學科世界著名學者——錢學森
習題

第8章 線性離散系統(tǒng)的分析
8.1 概述
8.2 采樣過程和采樣定理
8.2.1 采樣過程
8.2.2 采樣定理
8.2.3 采樣周期的選取
8.3 信號的復現(xiàn)
8.4 差分方程
8.4.1 差分方程的定義
8.4.2 差分方程的解法
8.5 Z變換
8.5.1 Z變換的定義
8.5.2 Z變換的方法
8.5.3 Z變換的性質(zhì)
8.5.4 Z反變換
8.5.5 用Z變換法求解差分方程
8.6 脈沖傳遞函數(shù)
8.6.1 脈沖傳遞函數(shù)的定義
8.6.2 開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)
8.6.3 閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)
8.7 采樣系統(tǒng)的性能分析
8.7.1 穩(wěn)定性分析
8.7.2 穩(wěn)態(tài)性能分析
8.7.3 動態(tài)性能分析
8.7.4 離散系統(tǒng)極點分布與動態(tài)響應(yīng)的關(guān)系
8.7.5 采樣系統(tǒng)的頻域分析
小結(jié)
術(shù)語和概念
控制與電氣學科世界著名學者——香農(nóng)
習題

第9章 Matlab語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計
9.1 Matlab語言簡介
9.1.1 Matlab的數(shù)值運算基礎(chǔ)
9.1.2 矩陣及矩陣函數(shù)
9.1.3 Matlab的繪圖功能
9.2 自動控制系統(tǒng)設(shè)計
9.2.1 時域分析命令
9.2.2 頻率域命令
9.2.3 根軌跡法命令
9.2.4 傳遞函數(shù)的常用命令
9.2.5 控制系統(tǒng)分析舉例
小結(jié)
參考文獻