自动控制原理学习辅导与习题解析——经典控制

自动控制原理是设计和实现自动控制系统的理论基础，是培养控制科学与工程学科、机械工程学科、电气工程学科等学科专业人才的必备基础知识。相应的，自动控制原理课程是控制科学与工程学科的研究生入学考试必选科目。本书主要内容包括：自动控制原理概论；控制系统的微分方程模型、传递函数、结构图和信号流图；线性定常系统的稳定性、动态性能和稳态性能分析，以及基于时域分析的控制系统设计；根轨迹的绘制，以及线性系统的根轨迹分析法；线性系统的频域特性绘制、奈奎斯特稳定判据、相对稳定性、闭环频率特性以及频域响应分析；线性系统的校正思路与常用的校正装置、串联校正、反馈校正、以及PID控制器及其校正等。针对上述知识点进行概括总结，选编典型习题，给出详细解析，分析难点和易错点。

王燕舞现任华中科技大学人工智能与自动化学院二级教授。主要研究方向是混杂系统分析与控制、智能电网的分布式控制与优化等。发表SCI收录论文142篇。主持国家自然科学基金重点项目1项、面上/青年5项。现任《控制与决策》、IEEE Transactions on Smart Grid、International Journal of Robust and Nonlinear Control、Journal of the Franklin Institute、Neurocomputing等期刊编委。2008年入选教育部新世纪优秀人才计划，2017年获湖北省杰出青年基金，2004年获湖北省优秀博士学位论文奖，2006年获教育部自然科学一等奖(排名第3)，2014年获湖北省自然科学一等奖(排名第1)，2022年入选爱思唯尔中国高被引学者。2023年入选全球前2%顶尖科学家榜单。国家精品在线开放课程、国家级一流本科课程的主讲教师。获华中科技大学课堂教学卓越奖、教学质量一等奖、教学竞赛一等奖、三育人奖等。主编出版教材1部。2017年获湖北省教学成果一等奖(排名第3)。

1自动控制原理概论(1) 1.1自动控制系统的基本概念知识点回顾(1) 1.1.1自动控制系统的基本构成(1) 1.1.2自动控制系统的分类(1) 1.1.3自动控制系统的性能要求(2) 1.2加时练习题与解析(2) 2控制系统的数学模型(4) 2.1控制系统的数学模型知识点回顾(4) 2.1.1由原理图到数学模型(4) 2.1.2微分方程模型的标准形式(5) 2.1.3由微分方程模型求输出响应(6) 2.1.4非线性系统的线性化(6) 2.1.5传递函数及其求解(6) 2.1.6结构图的绘制及其等效化简(7) 2.1.7信号流图和梅逊公式(9) 2.2课后习题答案与解析(10) 2.3加时练习题与解析(25) 2.3.1教材中“想一想”问题的解答(25) 2.3.2原理图与数学模型(28) 2.3.3非线性模型的线性化(37) 2.3.4由传递函数求输出响应(38) 2.3.5由输出响应求传递函数(39) 2.3.6微分方程模型与结构图(44) 2.3.7结构图与传递函数(45) 2.3.8信号流图与传递函数(69) 3控制系统的时域分析(74) 3.1控制系统的时域分析知识点回顾(74) 3.1.1稳定性的定义及其时域判断方法(74) 3.1.2动态性能及其求解方法(76) 3.1.3稳态误差及其求解方法(78) 3.1.4控制系统的时域设计(81) 3.2课后习题答案与解析(81) 3.3加时练习题与解析(89) 3.3.1综合问答(89) 3.3.2劳斯判据(90) 3.3.3动态响应与特征根分布(96) 3.3.4一阶系统的动态性能(100) 3.3.5欠阻尼二阶系统的动态性能(101) 3.3.6过阻尼二阶系统的动态性能(101) 3.3.7带闭环零点的二阶系统的动态性能(102) 3.3.8高阶系统的动态性能(104) 3.3.9有用输入和扰动输入下的稳态误差(108) 3.3.10基于性能要求的参数设计(111) 3.3.11基于性能要求的控制器设计(118) 自动控制原理学习辅导与习题解析——经典控制目录4根轨迹法(128) 4.1知识点回顾(128) 4.1.1根轨迹图及相关概念(128) 4.1.2180°根轨迹(129) 4.1.30°根轨迹(132) 4.1.4普通根轨迹与广义根轨迹的绘制(133) 4.1.5线性系统的根轨迹分析法(134) 4.1.6开环零极点对根轨迹的影响(134) 4.2课后习题答案与解析(135) 4.3加时练习题与解析(151) 4.3.1二阶系统根轨迹与分析(151) 4.3.2三阶系统根轨迹与分析(162) 4.3.3高阶系统根轨迹与分析(170) 5线性系统的频域分析(180) 5.1知识点回顾(180) 5.1.1频率特性的基本概念(180) 5.1.2典型环节的频率特性(182) 5.1.3幅相特性曲线(188) 5.1.4对数频率特性图(Bode图)(189) 5.1.5基于频率特性的系统辨识(190) 5.1.6奈奎斯特稳定性判据(190) 5.1.7控制系统的相对稳定性(193) 5.1.8闭环频率特性及性能指标(194) 5.2课后习题答案与解析(196) 5.3加时练习题与解析(212) 5.3.1教材中“想一想”问题的解答(212) 5.3.2正弦输入信号下的稳态输出(212) 5.3.3正负反馈系统的奈氏判据与参数范围(214) 5.3.4正负反馈最小相位系统的幅相曲线与奈氏判据(219) 5.3.5正负反馈非最小相位系统的幅相曲线与奈氏判据(227) 5.3.6Bode图的绘制与稳定裕度(241) 5.3.7存在开环纯虚根时的奈氏判据(246) 5.3.8最小相位系统的系统辨识(249) 5.3.9非最小相位系统的系统辨识(259) 5.3.10稳定裕度的求解(272) 6控制系统的校正(276) 6.1知识点回顾(276) 6.1.1常用校正装置及其特性(276) 6.1.2串联超前校正(279) 6.1.3串联滞后校正(280) 6.1.4串联滞后超前校正(281) 6.1.5期望频率特性法校正(281) 6.1.6反馈校正(282) 6.1.7PID控制器及其校正(284) 6.2课后习题答案与解析(286) 6.3加时练习题与解析(310) 6.3.1串联校正装置的特性(310) 6.3.2串联超前校正与串联滞后校正的设计与比较(313) 6.3.3四种串联校正方法的比较(321) 6.3.4串联校正装置的硬件实现(349) 6.3.5幅值裕度要求下的串联校正(352) 6.3.6反馈校正(355) 6.3.7串联PID控制的设计(359)