自動控制原理及其應用

目? ? 錄
第 1 章? 自動控制系統(tǒng)概述
1.1 自動控制理論的發(fā)展史 / 001
1.2 自動控制系統(tǒng)的基本原理和控制方式 / 002
1.2.1 自動控制系統(tǒng)的基本原理 / 002
1.2.2 自動控制系統(tǒng)的控制方式 / 003
1.3 自動控制系統(tǒng)的組成與分類 / 005
1.3.1 自動控制系統(tǒng)的組成 / 005
1.3.2 自動控制系統(tǒng)的分類 / 007
1.4 自動控制系統(tǒng)的基本要求 / 008
1.5 自動控制系統(tǒng)實例分析 / 009
本章小結 / 012
習題 / 012

第 2 章? 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1 微分方程 / 014
2.2 拉氏變換 / 017
2.2.1 拉氏變換的概念 / 017
2.2.2 拉氏反變換 / 019
2.3 傳遞函數(shù) / 019
2.3.1 傳遞函數(shù)的定義 / 019
2.3.2 傳遞函數(shù)的性質 / 020
2.3.3 傳遞函數(shù)的求取 / 021
2.4 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) / 022
2.4.1 比例環(huán)節(jié) / 022
2.4.2 積分環(huán)節(jié) / 022
2.4.3 微分環(huán)節(jié) / 023
2.4.4 慣性環(huán)節(jié) / 024
2.5 系統(tǒng)方框圖及其等效變換 / 024
2.5.1 方框圖 / 024
2.5.2 方框圖的等效變換 / 026
2.6 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) / 031
2.6.1 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) / 031
2.6.2 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) / 031
2.7 MATLAB 在控制系統(tǒng)中的應用 / 032
2.7.1 用 MATLAB 建立傳遞函數(shù)模型 / 032
2.7.2 用 MATLAB 建立系統(tǒng)連接 / 035
本章小結 / 038
習題 / 038

第 3 章? 控制系統(tǒng)的時域分析法
3.1 典型輸入信號和時域性能指標 / 041
3.1.1 典型輸入信號 / 041
3.1.2 時域性能指標 / 043
3.2 一階系統(tǒng)的時域分析 / 043
3.2.1 單位階躍響應 / 044
3.2.2 單位斜坡響應 / 045
3.3 二階系統(tǒng)的時域分析 / 046
3.3.1 二階系統(tǒng)的階躍響應 / 046
3.3.2 系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標 / 049
3.4 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 / 053
3.4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念和穩(wěn)定的充要條件 / 053
3.4.2 代數(shù)判據(jù) / 056
3.5 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析 / 057
3.5.1 穩(wěn)態(tài)誤差的計算 / 058
3.5.2 輸入信號對穩(wěn)態(tài)誤差的影響 / 058
3.5.3 干擾信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 / 063
3.6 MATLAB 在時域分析中的應用 / 063
3.6.1 用 MATLAB 分析線性動態(tài)過程 / 063
3.6.2 用 MATLAB 分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 / 066
3.6.3 用 MATLAB 分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 / 068
3.7 哈勃太空望遠鏡指向系統(tǒng)設計 / 069
本章小結 / 072
習題 / 073

第 4 章? 控制系統(tǒng)的頻域分析法
4.1 頻率特性 / 076
4.1.1 頻率特性的基本概念 / 076
4.1.2 頻率特性與傳遞函數(shù)的關系 / 077
4.1.3 頻率特性的數(shù)學式表示法 / 078
4.1.4 頻率特性的圖形表示方法 / 079
4.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 / 081
4.3 系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性 / 088
4.3.1 系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性 / 088
4.3.2 系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性 / 091
4.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) / 095
4.4.1 奈氏穩(wěn)定判據(jù) / 095
4.4.2 對數(shù)頻率特性曲線上的表述 / 096
4.5 穩(wěn)定裕量和系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性 / 097
4.5.1 相位穩(wěn)定裕量 / 097
4.5.2 增益穩(wěn)定裕量 / 097
4.5.3 系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻特性與系統(tǒng)性能的關系 / 100
4.6 MATLAB 在頻域分析中的應用 / 103
4.6.1 頻率特性的概念 / 103
4.6.2 用 nyquist(sys) 繪制奈氏圖 / 103
4.6.3 用 bode(sys) 畫對數(shù)頻率特性曲線 / 106
4.6.4 用 margin(sys) 計算增益穩(wěn)定裕量和相位穩(wěn)定裕 量 / 108
4.7 RC 低通濾波器的設計 / 109
4.7.1 電路的組成 / 109
4.7.2 電壓放大倍數(shù) / 109
4.7.3 低通濾波器的對數(shù)頻率特性曲線 / 109
本章小結 / 111
習題 / 111

第 5 章? 控制系統(tǒng)的校正
5.1 校正的基本概念 / 114
5.1.1 控制系統(tǒng)的設計步驟 / 114
5.1.2 校正的概念 / 115
5.1.3 校正的方式 / 115
5.2 PID 基本控制規(guī)律及對性能的影響 / 116
5.2.1 比例控制器 / 117
5.2.2 比例微分（PD）控制器 / 119
5.2.3 比例積分（PI）控制器 / 121
5.2.4 比例積分微分（PID）控制器 / 124
5.3 反饋校正和復合校正 / 127
5.3.1 反饋校正 / 127
5.3.2 復合校正 / 128
5.4 PID 控制器參數(shù)的整定 / 130
5.4.1 臨界比例度法 / 130
5.4.2 衰減曲線法 / 133
5.4.3 經(jīng)驗湊試法 / 136
5.5 摩托車距離控制系統(tǒng)設計 / 137
本章小結 / 142
習題 / 143

第 6 章? 直流調速系統(tǒng)
6.1 直流調速系統(tǒng)概述 / 145
6.2 單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理 / 146
6.3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理 / 146
6.4 單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的設計 / 147
本章小結 / 154
習題 / 154

第 7 章? 伺服系統(tǒng)
7.1 伺服系統(tǒng)概述 / 155
7.1.1 伺服系統(tǒng)的結構組成 / 155
7.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 / 156
7.1.3 伺服系統(tǒng)的三種工作模式 / 157
7.1.4 伺服系統(tǒng)的三環(huán)結構 / 158
7.2 伺服系統(tǒng)的主要元件 / 159
7.2.1 步進電動機 / 159
7.2.2 伺服電動機 / 165
7.3 位置隨動系統(tǒng)的設計與仿真 / 167
7.3.1 位置隨動系統(tǒng)的介紹 / 167
7.3.2 位置隨動系統(tǒng)的組成 / 168
7.3.3 位置隨動系統(tǒng)的設計 / 170
7.3.4 位置隨動系統(tǒng)的MATLAB 仿真 / 171
本章小結 / 177
習題 / 178

仿真實驗
實驗一 MATLAB 在控制系統(tǒng)模型分析中的應用 / 179
實驗二 一階系統(tǒng)動態(tài)響應的數(shù)字仿真 / 181
實驗三 二階系統(tǒng)動態(tài)響應的數(shù)字仿真 / 183
實驗四 MATLAB 在穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)誤差分析中的應用 / 183
實驗五 MATLAB 在頻域分析中的應用 / 185
實驗六 PID 控制器 / 186
實驗七 PID 參數(shù)整定 / 188

參考文獻