自动控制原理(厉玉鸣)

本书为高等学校《自动控制原理》课程教材，适用于自动化、电气工程及其自动化等其他相关专业，诸如石油、化工、机械、冶金、信息、电力、医药、轻工等相关专业都是本书涉及的主要范围。 本书的内容包括经典控制理论与现代控制理论的基本概念和若干应用。编写时既照顾到控制理论的完整性和系统性，又力求理论与实践相结合。 本书本着循序渐进、启发思维的原则，力求在内容安排上遵街教学的内在规律，既有利于教学，又利于培养学生的创新精神。在各章末专门安排了学生自读的内容，使学生能掌握各章的重点内容，并通过大量实例分析和习题，使学生了解并逐步掌握控制理论在生产中的应用，力图使读者能学以致用。本书还介绍了Matlab在控制系统分析及设计中的应用，以帮助学生更快更好地掌握本书的主要内容。本书对控制工程领域从事科学研究及相关工程技术人员，具有参考价值。

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1章概述1 11自动控制理论的发展及趋势1 12开环控制与闭环控制2 13对自动控制系统的基本要求4 131稳定性4 132精确性5 133快速性5 14本书梗概6 141建模6 142系统分析6 143系统综合6 15学生自读6 151学习目标6 152例题分析与工程实例6 153本章小结9 习题19 第2章控制系统及其组成环节的数学 模型11 21数学模型的类型及建模方法11 211数学模型的几种类型11 212数学模型建立的一般方法11 22系统的微分方程数学模型的建立11 23控制系统的传递函数模型15 231传递函数15 232控制系统中的典型环节17 233系统方块图21 234信号流图27 235梅逊公式31 24利用Matlab建立控制系统模型32 25学生自读36 251学习目标36 252例题分析与工程实例36 253本章小结38 习题239 第3章控制系统的时域分析法42 31控制系统的过渡过程形式及性能指标42 311控制系统的输入信号42 312控制系统过渡过程的性能指标43 32一阶系统的动态响应44 321单位阶跃响应45 322单位斜坡响应46 323单位脉冲响应47 33二阶系统的动态响应48 331二阶系统数学模型的标准形式48 332二阶系统的单位阶跃响应49 333二阶欠阻尼系统过渡过程的性能 指标52 34高阶系统的动态响应56 341高阶系统的解析分析56 342高阶系统的降阶近似分析58 35控制系统的稳态误差分析59 351稳态误差与系统类型60 352给定稳态偏差分析61 353扰动稳态偏差分析64 36控制系统的稳定性分析65 361系统稳定性的概念及条件65 362劳斯稳定判据66 363劳斯稳定判据的应用70 37应用Matlab分析控制系统的性能71 38学生自读75 381学习目标75 382例题分析与工程实例75 383本章小结79 习题380 第4章根轨迹分析82 41根轨迹的概念82 411根轨迹引入的背景82 412根轨迹的概念82 413闭环零、极点与开环零、极点的 关系83 414根轨迹方程84 42根轨迹绘制的基本法则84 43广义根轨迹89 431参数根轨迹89 432零度根轨迹的绘制法则90 44在根轨迹图上分析系统性能91 441根轨迹图上的闭环零、极点与时间 响应的关系91 442系统性能定性分析的原则93 443举例94 45利用Matlab绘制系统的根轨迹95 46学生自读98 461学习目标98 462例题分析与工程实例98 463本章小结101 习题4101 第5章频率特性分析法103 51频率特性及其图示法103 511频率特性 103 512频率特性的极坐标图107 513典型环节的伯德（Bode）图 示法113 52奈奎斯特（Nyquist）稳定判据124 521柯西定理124 522奈奎斯特稳定判据125 523奈奎斯特轨迹穿过F（s）奇点 情况129 524奈奎斯特稳定判据的物理意义130 53稳定裕度及其分析方法131 531稳定裕度（适用最小相位系统） 的基本概念131 533系统的带宽133 534稳定裕度的分析方法134 54闭环频率特性及其分析方法136 541开环频率特性与闭环频率特性136 542闭环频率特性分析方法137 55应用Matlab进行频率分析139 56学习自读141 561学习目标141 562例题分析与工程实例141 563本章小结146 习题5147 第6章线性系统的校正方法149 61系统校正的问题和校正装置149 611性能指标及互换149 612校正方式151 613常用校正装置及其特性152 614PID控制器154 62频率域上的校正方法155 621串联超前校正155 622串联滞后校正156 623串联滞后超前校正157 624并联校正158 63时域上的校正方法158 631串联校正159 632并联校正165 633一般二次型校正装置的设计166 634PID控制器的理论设计169 64前馈校正和复合校正170 641前馈校正的第一种形式170 642前馈校正的第二种形式171 643前馈滤波器问题171 644复合校正172 65Matlab在系统校正中的应用172 66学生自读174 661学习目标174 662例题分析与工程实例174 663本章小节178 习题6178 第7章状态空间分析设计方法180 71线性系统的状态空间数学模型180 711系统状态空间表达的基本概念180 712线性系统的状态空间描述181 713由机理分析建立状态空间表 达式181 714由微分方程建立状态空间表 达式183 715由传递函数建立状态空间表 达式186 716状态空间表达式与传递函数 矩阵186 72系统的状态空间运动分析188 721线性定常系统状态运动分析188 722矩阵指数函数eAt190 73线性定常系统的能控性与能观测性192 731基本概念193 732能控性与能观测性判据195 733单输入单输出系统的能控/能观 规范形201 734结构分解203 74线性系统的状态反馈与极点配置209 741状态反馈与输出反馈209 742状态反馈极点配置211 743输出反馈极点配置214 75状态观测器的设计215 751全维观测器的设计215 752最小阶观测器219 753具有观测器的状态反馈控制 系统222 76Matlab在状态空间分析中的应用225 77学生自读233 771学习目标233 772例题分析与工程实例233 773本章小结239 习题7239 第8章采样控制系统分析方法242 81采样控制系统概述242 82信号的采样与保持243 821采样器与采样过程243 822采样过程的数学描述244 823采样定理及采样保持246 83采样信号的Z变换250 831采样信号的Z变换250 832Z变换的基本性质253 833Z反变换256 84离散系统的数学模型259 841微分方程的离散化259 842连续状态方程的离散化260 843脉冲传递函数262 85采样系统的数学模型之间的相互 转换270 851差分方程和脉冲传递函数之间 的转换270 852差分方程和离散状态方程之间 的转换270 853离散状态方程和脉冲传递函数之间 的转换272 86采样系统的性能分析276 861稳定性分析276 862稳态特性分析280 863动态特性分析282 87Matlab在离散系统中的应用285 88学生自读288 881学习目标288 882例题分析与工程实例288 883本章小结291 习题8292 第9章非线性控制系统294 91概述294 911研究非线性系统的意义294 912非线性系统的一般特征295 913模型线性化295 914典型非线性环节及其影响297 915非线性系统的研究方法及特点298 92描述函数方法300 921描述函数的概念301 922典型非线性环节描述函数的 计算301 923描述函数分析方法305 93相平面方法310 931相平面及相轨迹的特点310 932相轨迹的绘制方法311 933线性二阶系统的相轨迹312 934非线性系统相平面分析315 94李亚普诺夫稳定性理论316 941李亚普诺夫意义下的稳定性316 942李亚普诺夫稳定性理论318 943线性系统的李亚普诺夫稳定性 分析321 95应用Matlab分析非线性系统322 96学生自读326 961学习目标326 962例题分析与工程实例326 963本章小节329 习题9330 附录1数学基础332 附录2根轨迹绘制法则的证明335 附录3Matlab基础知识340 部分习题答案352 参考文献358