自动控制理论

《自动控制理论》：普通高等教育“十一五”国家级规划教材,普通高等教育电气工程与自动化类“十一五”规划教材

《自动控制理论》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。《自动控制理论》系统地介绍了经典控制理论的基本理论和基本方法，包括控制系统建模、线性定常连续系统的时域分析法、根轨迹法和频域分析法；利用频率法和根轨迹法进行系统校正，以达到期望的性能。书中同时较详细地介绍了线性定常离散控制系统的建模、系统分析和校正的基本理论和方法。对于非线性系统，介绍了应用相平面法和描述函数法分析系统性能以及常用的改进控制系统性能的基本方法。
《自动控制理论》的内容阐述循序渐进，富有启发性；论证与实例配合紧密；注意各章节之间内容的衔接，可读性强，便于自学；重视理论联系实际，各章配有MATLAB仿真实例。
《自动控制理论》可作为自动化、电气工程及其自动化、计算机科学与技术、电子信息工程、测控技术等专业本科生教材，也可供从事这些领域的工程技术人员参考。

王孝武，1935年11月出生。教授。1961年毕业于哈尔滨工业大学电机系工业自动化专业，1961年7月起在合肥工业大学电气工程系任教，从事控制理论与系统的教学与科研工作。主持、参加15项科研，其中“大型冷冻站制冷控制仿真系统”获安徽省科技进步二等奖。在国内外发表学术论文36篇。主编和参编规划教材各一本。教学研究成果“工业电气自动化专业人才培养业务规格探索与实践”获安徽省优秀教学成果一等奖。曾任中国计量测试学会理事、全国高等学校电工及自动化类专业教学指导委员会委员、自动化专业教学指导小组副组长。现任中国自动化学会理事、中国电工技术学会高校工业自动化教育专委会主任委员。
方敏，1950年9月生，合肥工业大学电气与自动化工程学院教授。1986年于东北重型机械学院自动控制系研究生毕业，获工学硕士学位。1993年2月至1994年8月在丹麦技术大学作访问学者。从事自动控制理论与系统的教学与科研工作。主持、参加科研项目14项，发表学术论文75篇，获省部级科技进步三等奖2项、省级教学成果二等奖1项。
葛锁良，1964年4月生，副教授。1989年于合肥工业大学电气工程系工业自动化专业研究生毕业，获工学硕士学位。1984年7月起在合肥工业大学电气工程系任教，从事控制理论与系统的教学与科研工作，主持、参加科研项目15项，发表学术论文40余篇，获省级教学成果二等奖1项。

序
前言
第1章绪论
1.1自动控制与自动控制系统
1.2自动控制系统
1.2.1自动控制系统的组成
1.2.2自动控制系统的原理框图
1.2.3原理框图上的术语
1.2.4自动控制系统原理框图的绘制
1.3自动控制的基本方式
1.4自动控制系统的分类
1.5对自动控制系统的要求
1.6自动控制系统与控制理论
1.7自动控制理论发展概况
1.8本课程的基本任务
小结
习题

第2章控制系统的数学模型
2.1引言
2.2控制系统的微分方程
2.2.1动态系统微分方程的建立
2.2.2非线性微分方程的线性化
2.2.3用拉普拉斯变换求解线性常系数微分方程
2.3线性定常系统的传递函数
2.3.1传递函数的定义
2.2.2传递函数的一般形式
2.3.3关于传递函数的几点说明
2.3.4典型环节及其传递函数
2.3.5控制系统的传递函数
2.4控制系统的结构图
2.4.1结构图的组成
2.4.2结构图的绘制
2.4.3结构图的等效变换
6.5控制系统的信号流图
2.5.1信号流图的概念
2.5.2信号流图的绘制
2.5.3信号流图的等效变换
2.5.4梅逊增益公式
2.6闭环控制系统中几个常用的传递函数概念
2.7应用MATLAB建立控制系统
模型
小结
习题

第3章控制系统的时域分析
3.1引言
3.1.1典型初始状态
3.1.2典型输入信号
3.1.3典型时间响应
3.1.4性能指标
3.2一阶系统的时域分析
3.2.1一阶系统的数学模型
3.2.2一阶系统的响应
3.3二阶系统的时域分析
3.3.1二阶系统的数学模型
3.3.2二阶系统的单位阶跃响应
3.3.3二阶系统的单位脉冲响应
3.3.4二阶系统的单位斜坡响应
3.3.5二阶系统瞬态性能的改善
3.3.6非零初始条件下二阶系统的响应
3.4高阶系统的时域分析
3.4.1高阶系统的阶跃响应
3.4.2闭环主导极点和偶极子
3.4.3高阶系统瞬态性能估算
3.5线性定常系统的稳定性分析
3.5.1稳定的基本概念
3.5.2线性定常系统稳定的数学条件
3.5.3稳定判据
3.6线性系统的稳态误差计算
3.6.1误差与稳态误差
3.6.2典型输入信号作用下的稳态误差计算
3.6.3典型扰动信号作用下的稳态误差计算
3.6.4减小或消除稳态误差的措施
3.7控制系统的灵敏度
3.7.1控制系统灵敏度的定义
3.7.2控制系统灵敏度分析
3.8用MATLAB进行控制系统时域分析
3.8.1用MATLAB求控制系统的输出响应
3.8.2用MATLAB求控制系统的参数
3.8.3用MATLAB判断控制系统的稳定性
3.8.4用MATLAB计算静态误差
系数
小结
习题

第4章根轨迹法
4.1引言
4.2绘制根轨迹的依据
4.2.1闭环零.极点和开环零.极点的关系
4.2.2根轨迹方程
4.3根轨迹的绘制规则及控制系统闭环极点的确定
4.3.1根轨迹的绘制规则
4.3.2控制系统闭环极点的确定
4.4利用根轨迹分析系统性能
4.5参数根轨迹及根轨迹簇
4.5.1参数根轨迹
4.5.2几个参变量的根轨迹簇
4.5.3多环系统的根轨迹
4.6零度根轨迹
4.6.1零度根轨迹的定义
4.6.2零度根轨迹的绘制规则
4.7延迟系统的根轨迹
4.7.1延迟系统根轨迹的绘制依据
4.7.2延迟系统根轨迹的绘制规则
4.8用MATLAB绘制根轨迹
4.8.1根轨迹的绘制
4.8.2根轨迹增益K*和闭环极点位置的确定
小结
习题

第5章控制系统的频域分析
5.1频率特性
5.1.1频率特性的基本概念
5.1.2频率特性的几何表示
5.2典型环节的频率特性
5.2.1比例环节
5.2.2惯性环节
5.2.3一阶微分环节
5.2.4积分环节
5.2.5微分环节
5.2.6振荡环节
5.2.7二阶微分环节
5.2.8不稳定环节
5.2.9延迟环节
5.3系统开环频率特性的绘制
5.3.1最小相位系统和非最小相位系统
5.3.2开环幅相曲线的绘制
5.3.3开环对数频率特性曲线的绘制
5.4乃奎斯特稳定判据及系统稳定性的判断
5.4.1映射定理
5.4.2乃奎斯特稳定判据
5.4.3虚轴上有开环极点时的乃氏判据
5.4.4根据博德图判断系统的稳定性
5.4.5条件稳定系统
5.4.6应用对数频率稳定判据判断多环系统稳定性
5.5系统的相对稳定性和稳定裕度
5.6系统的闭环频率特性
5.6.1等M圆图
5.6.2等N圆图
5.6.3尼柯尔斯图线
5.6.4非单位反馈系统的闭环频率特性
5.7系统时域指标估算
5.7.1频域性能指标
5.7.2频率尺度与时间尺度的反比性质
5.7.3二阶系统时域指标估算
5.7.4高阶系统时域指标估算
5.7.5根据闭环幅频特性形状估算时域指标
5.7.6开环频率特性和时域指标的关系
5.8用MATLAB进行控制系统频域分析
5.9传递函数的实验确定法
5.9.1频率响应实验确定数学模型的原理
5.9.2包含延迟环节传递函数的确定
5.9.3国产BT-6A型超低频频率特性测试仪
小结
习题

第6章线性系统的校正
6.1引言
6.1.1控制系统的设计
6.1.2性能指标
6.1.3校正的作用
6.1.4校正方式
6.1.5校正装置的设计方法
6.2常用的串联校正装置及其特性
6.2.1超前校正网络
6.2.2滞后校正网络
6.2.3滞后-超前校正网络
6.2.4有源校正网络
6.3串联校正：频域分析法
6.3.1串联超前校正
6.3.2串联滞后校正
6.3.3串联滞后-超前校正
6.4串联校正：根轨迹分析法
6.4.1串联超前校正
6.4.2串联滞后校正
6.4.3串联滞后-超前校正
6.5串联校正：频域综合法
6.5.1绘制希望的开环频率特性
6.5.2频域综合法设计串联校正装置
6.6串联校正：PID控制器的工程设计方法
6.6.1PID控制规律
6.6.2PID串联校正的工程设计方法
6.7反馈校正
6.7.1反馈校正的作用
6.7.2反馈校正的频域综合法
6.8复合校正
6.8.1复合校正的概念
6.8.2按扰动补偿的复合控制系统
6.8.3按输入补偿的复合控制系统
6.9延迟系统的校正
6.9.1用帕德展开法处理e-TS环节
6.9.2史密斯预估补偿方案
6.10MATLAB在系统校正中的
应用
小结
习题

第7章线性离散控制系统
7.1引言
7.1.1离散控制系统的结构
7.1.2离散控制系统的研究方法
7.2信号的采样与恢复
7.2.1采样过程及采样信号的表示
7.2.2采样信号的拉普拉斯变换
7.2.3采样信号的频谱
7.2.4采样定理
7.2.5采样周期的选取
7.2.6信号的恢复
7.3Z变换与Z反变换
7.3.1Z变换的定义
7.3.2Z变换的计算
7.3.3Z变换的基本定理
7.3.4Z反变换的计算
7.4离散系统的数学模型
7.4.1线性常系数差分方程及其求解
7.4.2脉冲传递函数
7.4.3离散系统的结构图化简
7.5离散控制系统的稳定性分析
7.5.1从s平面到z平面的映射
7.5.2线性定常离散系统稳定的充分必要条件
7.5.3线性定常离散系统的稳定判据
7.5.4采样周期和保持器对离散系统稳定性的影响
7.6离散控制系统的瞬态性能分析
7.6.1线性定常离散系统的单位阶跃响应
7.6.2用输出采样信号分析离散系统的条件
7.6.3离散系统闭环极点分布与瞬态响应的关系
7.7离散控制系统的稳态误差分析
7.7.1利用终值定理求稳态误差
7.7.2离散系统的型别与静态误差系数
7.8根轨迹和频率特性在离散系统分析中的应用
7.9线性定常离散系统的数字校正
7.9.1数字控制器的模拟化和离散化设计方法
7.9.2最少拍无差系统的设计
7.9.3数字控制器的实现
7.10MATLAB在离散控制系统中的应用
小结
习题

第8章非线性控制系统
8.1引言
8.1.1典型非线性特性及其对系统运动的影响
8.1.2非线性系统的特征
8.1.3非线性系统的分析方法
8.2相平面法基础
8.2.1相平面法的概念
8.2.2相轨迹的绘制方法
8.2.3由相平面图求时间解
8.3二阶系统的相平面分析法
8.3.1线性系统的相轨迹
8.3.2奇点与平衡点
8.3.3极限环
8.3.4非线性系统的相轨迹
8.3.5速度反馈对系统自由运动的影响
8.3.6继电系统的滑动现象
8.3.7利用非线性改善系统的性能
8.4描述函数
8.4.1描述函数的一般概念
8.4.2典型非线性特性的描述函数
8.5用描述函数分析非线性系统
8.5.1系统的典型结构及基本条件
8.5.2非线性系统的稳定性分析
8.5.3非线性系统的自持振荡分析
8.5.4非线性系统结构图的简化
8.6MATLAB在非线性系统中的
应用
小结
习题
参考文献