自动控制原理(21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材)

王燕平主编的《自动控制原理》从高等工程教育 的人才培养目标出发，比较全面地阐述了经典控制理 论的基本概念、基本原理和基本方法。全书共8章， 主要内容有：自动控制概论，控制系统的数学模型， 线性系统的时域分析法，线性系统的根轨迹法，线性 系统的频域分析法，线性系统的校正与设计，线性离 散控制系统，以及自动控制原理实验。 本书以“系统建模—系统分析—综合设计”作为 教材主线，合理优化了教学内容，突出控制系统分析 与设计的共性规律和基本方法，强化工程实践应用。 此外，为方便教师教学，本书还配有较丰富的例题与 习题。 本书可作为应用型本科学校自动化专业、电气工 程及其自动化专业、测控技术与仪器等相关专业的教 材，也可供从事自动化技术工作的科技工作者自学与 参考。

第1章 自动控制概论 1.1 控制理论的发展 1.2 自动控制方式 1.2.1 闭环控制方式 1.2.2 开环控制方式 1.2.3 复合控制方式 1.3 自动控制系统的组成 1.4 自动控制系统的分类 1.4.1 按输入量变化的规律分类 1.4.2 按系统传输信号对时间的关系分类 1.4.3 按系统的输出量和输入量的关系分类 1.4.4 按系统中的参数对时间是否变化分类 1.5 自动控制系统的基本要求 1.5.1 稳定性 1.5.2 快速性 1.1.3 准确性 习题 第2章 控制系统的数学模型 2.1 控制系统的微分方程 2.1.1 微分方程的建立 2.1.2 微分方程的线性化 2.2 控制系统的传递函数 2.2.1 传递函数的定义和性质 2.2.2 典型环节及其传递函数 2.2.3 传递函数的零极点对系统的影响 2.3 控制系统的结构图及等效变换 2.3.1 系统结构图 2.3.2 结构图的建立 2.3.3 结构图的等效变换和简化 2.3.4 系统传递函数 2.4 信号流图与梅森公式 2.4.1 信号流图 2.4.2 梅森增益公式 2.5 控制系统数学模型建立实例 2.5.1 从原理图到结构图的变换 2.5.2 结构图的简化 2.5.3 利用梅森公式求系统的数学模型 习题 第3章 线性系统的时域分析法 3.1 控制系统的稳定性分析 3.1.1 稳定的概念 3.1.2 稳定的条件 3.1.3 稳定判据 3.2 控制系统的典型输入信号和时域性能指标 3.2.1 典型输入信号 3.2.2 性能指标 3.3 一阶系统的时域分析 3.3.1 数学模型 3.3.2 单位阶跃响应 3.3.3 单位脉冲响应 3.3.4 单位斜坡响应 3.4 二阶系统的时域分析 3.4.1 数学模型 3.4.2 二阶系统的单位阶跃响应 3.4.3 二阶系统欠阻尼情况下的性能指标分析 3.5 高阶系统的时域分析 3.5.1 数学模型 3.5.2 单位阶跃响应 3.6 线性系统稳态误差的计算 3.6.1 误差的定义 3.6.2 稳态误差的定义 3.6.3 单位阶跃输入信号下的稳态误差 3.6.4 单位斜坡输入信号下的稳态误差 3.6.5 单位加速度输入信号下的稳态误差 3.6.6 扰动信号作用下的稳态误差 3.7 控制系统时域分析综合实例 3.7.1 系统稳定的条件 3.7.2 高阶系统的简化 3.7.3 系统动态性能分析 3.7.4 稳态误差计算 习题 第4章 线性系统的根轨迹法 4.1 根轨迹的基本概念 4.1.1 根轨迹的定义 4.1.2 根轨迹方程 4.2 绘制根轨迹的规则和方法 4.3 参数根轨迹 4.4 利用根轨迹法对控制系统的性能分析 4.4.1 增加开环极点对控制系统的影响 4.4.2 增加开环零点对控制系统的影响 4.4.3 利用根轨迹确定系统参数 4.4.4 用根轨迹分析系统的动态性能 习题 第5章 线性系统的频域分析法 5.1 频率特性 5.1.1 频率特性的基本概念 5.1.2 频率特性的表示方法 5.2 系统的开环对数频率特性 5.2.1 典型环节的对数频率特性 5.2.2 开环对数频率特性 5.2.3 开环对数频率特性曲线（Bode图）的绘制 5.2.4 由频率特性曲线确定系统的传递函数 5.3 控制系统开环幅相曲线与频域稳定判据 5.3.1 开环幅相曲线的绘制方法 5.3.2 频率稳定判据 5.3.3 对数频率稳定判据 5.4 控制系统相对稳定性分析 5.4.1 相位裕度 5.4.2 幅值裕度 5.5 系统的闭环频域性能指标 5.5.1 闭环控制系统频率特性 5.5.2 控制系统闭环频域性能指标与时域性能指标的转换 习题 第6章 线性系统的校正与设计 6.1 系统校正的概念与一般方法 6.1.1 期望性能指标的提出 6.1.2 系统带宽的确定 6.1.3 校正方式 6.2 常用串联校正装置及其特性 6.2.1 串联超前校正装置 6.2.2 串联滞后校正装置 6.2.3 串联滞后—超前校正装置 6.3 串联校正 6.3.1 串联超前校正设计 6.3.2 串联滞后校正设计 6.3.3 串联滞后—超前校正设计 6.4 反馈校正 6.4.1 反馈校正的原理 6.4.2 反馈校正的分类 6.4.3 反馈校正对系统的影响 6.5 复合校正 6.5.1 按扰动补偿的复合校正 6.5.2 按输入补偿的复合校正 6.6 控制系统的工程设计方法 6.6.1 系统固有部分的简化处理 6.6.2 典型I型系统模型 6.6.3 典型Ⅱ型系统模型 6.7 控制系统设计综合实例 6.7.1 系统数学模型建立 6.7.2 电流环的数学模型与电流调节器的参数设计 6.7.3 速度环的数学模型与速度调节器的参数设计 6.7.4 电流调节器和速度调节器的实现 习题 第7章 线性离散控制系统 7.1 线性离散控制系统简介 7.2 信号的采样与保持 7.2.1 信号的采样 7.2.2 采样定理 7.2.3 信号的保持 7.3 Z变换理论 7.3.1 Z变换的定义 7.3.2 Z变换的基本定理 7.3.3 Z变换的基本方法 7.3.4 Z逆变换 7.4 离散系统数学模型 7.4.1 离散系统的数学定义 7.4.2 线性常系数差分方程及其解法 7.4.3 Z传递函数 7.4.4 开环系统脉冲传递函数 7.4.5 闭环系统脉冲传递函数 7.4.6 Z变换法的局限性 7.5 离散系统稳定性分析 7.5.1 离散系统的稳定性判据 7.5.2 离散系统的稳态误差 7.6 线性离散系统的暂态性能分析 7.6.1 离散系统的暂态性能指标 7.6.2 离散系统极点分布与动态响应的关系 习题 第8章 自动控制原理实验 实验一 典型系统的阶跃响应分析 实验二 高阶系统的瞬态响应和稳定性分析 实验三 线性定常系统的稳态误差分析 实验四 控制系统的根轨迹分析（Matlab） 实验五 控制系统的频率特性研究（Matlab） 实验六 线性定常系统的串联校正（综合） 附录