自动控制原理

作为自动化专业本科教材，《自动控制原理》系统地讲述了关于自动控制系统建模、分析与设计的基本理论和方法。
《自动控制原理》通过严谨的数学描述推导出清晰的物理概念，并应用数学工具分析工程中的实际系统；针对每章的主要内容提出思考题，使学习者能够较深入地理解和建立单变量控制系统的理论框架，进而较快地掌握单变量控制系统的分析与设计。
从贴近学习者的角度组织编写，尝试用较轻松活泼的语言描述专业问题并引出解决思路，力求深入浅出，突出重点。

《自动控制原理》系统地介绍了研究单变量控制系统的基本理论、基本方法和工程应用的基本计算要点。主要内容包括线性连续系统的稳定性、瞬态性能和稳态性能的时域、复域和频域理论，以及离散系统的理论基础和非线性系统的一般分析法。全书共分8章：第1章讲述自动控制系统的基本概念，第2章讲述自动控制系统的数学模型与建模方法，第3～5章讲述控制系统的时域分析法、根轨迹分析法和频域分析法，第6章讲述控制系统设计和校正的概念与方法，第7章讲述线性离散系统的理论基础，第8章讲述非线性系统的描述函数和相平面分析法。
《自动控制原理》在编写风格上，从贴近学习者的角度，尝试用较轻松活泼的语言讲述专业问题和引出解决思路。
《自动控制原理》适合作为高等院校电类和非电类相关专业本科生的教材，可供有关工程技术人员自学和参考。

第1章自动控制系统的基本概念
1.1引言
1.1.1自动控制的自然系统和人造系统
1.1.2自动控制理论发展简史
1.1.3自动控制中的常用术语

1.2开环控制系统和闭环控制系统
1.2.1开环控制系统
1.2.2闭环控制系统
1.2.3复合控制系统
1.3自动控制系统的基本构成
1.4自动控制系统的分类和应用
1.5对自动控制系统的基本要求
思考题与习题

第2章自动控制系统的数学模型
2.1建立动态微分方程的一般方法
2.2非线性系统微分方程模型的线性化
2.3传递函数
2.3.1拉普拉斯变换
2.3.2传递函数
2.3.3典型环节的传递函数

2.4系统动态结构图
2.4.1结构图的基本概念
2.4.2结构图的组成和建立
2.4.3结构图的等效变换

2.5自动控制系统的传递函数
2.5.1系统的开环传递函数
2.5.2闭环系统的传递函数
2.5.3闭环系统的偏差传递函数

2.6信号流图
2.6.1信号流图采用的符号及术语
2.6.2信号流图的等效变换法则
2.6.3梅逊增益公式
思考题与习题

第3章线性系统的时域分析
3.1自动控制系统时域响应的基本概念
3.2自动控制系统的稳定性和代数稳定判据
3.2.1自动控制系统稳定性
3.2.2劳斯胡维茨判据
3.3一阶系统的阶跃响应
3.4二阶系统的阶跃响应

3.5二阶系统的时域指标
3.5.1时域指标及其计算
3.5.2具有零点的二阶系统

3.6高阶系统
3.6.1高阶系统的时域分析
3.6.2主导极点和主导极点法

3.7误差分析
3.7.1稳态误差的概念
3.7.2稳态误差的计算
3.7.3动态误差系数
3.7.4减小稳态误差的方法
思考题与习题

第4章根轨迹分析法
4.1根轨迹的基本概念
4.2绘制根轨迹的基本条件和规则
4.2.1根轨迹方程
4.2.2绘制根轨迹的基本规则

4.3特殊根轨迹
4.3.1参数根轨迹
4.3.2正反馈系统根轨迹
4.3.3具有纯滞后环节系统的根轨迹

4.4用根轨迹法分析系统性能
4.4.1闭环极点的位置与系统性能的关系
4.4.2增加开环零、极点对系统性能的影响
思考题与习题

第5章频域分析法
5.1频率特性及其表示法
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典型环节的频率特性
5.2.1比例环节的频率特性
5.2.2惯性环节的频率特性
5.2.3积分环节的频率特性
5.2.4微分环节的频率特性
5.2.5振荡环节的频率特性
5.2.6时滞环节
5.2.7最小相位与非最小相位环节

5.3系统开环频率特性的绘制
5.3.1系统的开环幅相频率特性
5.3.2系统的开环对数频率特性

5.4用频率特性分析控制系统的稳定性
5.4.1控制系统的稳定判据
5.4.2应用开环幅相频率特性判断闭环系统的稳定性
5.4.3应用系统开环对数频率特性判断闭环系统的稳定性
5.4.4奈氏稳定判据应用举例
5.4.5频率域中描述系统的稳定裕量

5.5系统瞬态特性和开环频率特性的关系
5.5.1开环对数频率特性的基本性质
5.5.2系统瞬态特性和开环频率特性的关系

5.6闭环系统频率特性
5.6.1闭环系统频率特性与开环系统频率特性的关系
5.6.2闭环系统等M、等θ圆及尼氏图
5.6.3非单位反馈系统的闭环频率特性

5.7系统瞬态特性和闭环频率特性的关系
5.7.1谐振峰值Mp和超调量δ%之间的关系
5.7.2谐振峰值Mp和调整时间ts的关系
5.7.3频带宽BW和ξ之间的关系
思考题与习题

第6章控制系统的设计
6.1引言
6.1.1设计要求
6.1.2性能指标
6.1.3校正方式

6.2系统校正的根轨迹法
6.2.1超前校正
6.2.2滞后校正

6.3系统校正的频率响应法
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反馈校正
思考题与习题

第7章线性离散系统的理论基础
7.1采样控制系统的基本概念
7.2信号的采样和保持
7.2.1采样过程及采样函数的数学表达式
7.2.2采样定理
7.2.3信号的保持

7.3Z变换
7.3.1Z变换
7.3.2Z反变换
7.3.3差分方程

7.4脉冲传递函数
7.4.1脉冲传递函数的定义
7.4.2开环系统脉冲传递函数
7.4.3闭环系统脉冲传递函数

7.5采样控制系统的时域分析
7.5.1采样控制系统的稳定性分析
7.5.2采样控制系统的稳态误差分析
7.5.3采样控制系统的瞬态特性分析
思考题与习题

第8章非线性系统
8.1非线性系统的特点
8.2典型非线性特性
8.2.1饱和特性
8.2.2间隙特性
8.2.3死区特性
8.2.4继电特性
8.2.5变放大系数特性

8.3描述函数法基础
8.3.1典型非线性特性的描述函数
8.3.2组合非线性特性的描述函数

8.4非线性系统的描述函数法分析
8.4.1描述函数法的应用条件
8.4.2非线性系统结构图的简化
8.4.3非线性系统的稳定性及自振分析

8.5相平面法基础
8.5.1相平面、相轨迹及相平面图
8.5.2相轨迹和相平面图的性质
8.5.3相平面图的绘制

8.6二阶系统的相轨迹
8.6.1奇点
8.6.2极限环
8.6.3渐近线
8.7非线性系统的相平面法分析
思考题与习题
参考文献