自動控制原理

第1章自動控制的一般概念
1.1引言
1.2自動控制理論發(fā)展概述
1.3自動控制和自動控制系統(tǒng)的基本概念
1.3.1自動控制問題的提出
1.3.2開環(huán)控制系統(tǒng)
1.3.3閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.3.4開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較
1.3.5復(fù)合控制系統(tǒng)
1.4自動控制系統(tǒng)的基本組成
1.5控制系統(tǒng)示例
1.6自動控制系統(tǒng)的分類
1.6.1恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)
1.6.2定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)
1.6.3線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)
1.6.4連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)
1.6.5單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)
1.7對控制系統(tǒng)性能的基本要求
1.8本課程的研究內(nèi)容
1.9小結(jié)
習(xí)題第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.1引言
2.2控制系統(tǒng)的時域數(shù)學(xué)模型
2.2.1線性元部件、線性系統(tǒng)微分方程的建立
2.2.2非線性系統(tǒng)微分方程的線性化
2.2.3線性定常微分方程求解
2.2.4運動的模態(tài)
2.3控制系統(tǒng)的復(fù)域數(shù)學(xué)模型
2.3.1傳遞函數(shù)
2.3.2常用控制元件的傳遞函數(shù)
2.3.3典型環(huán)節(jié)
2.3.4傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式
2.4控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其等效變換
2.4.1結(jié)構(gòu)圖
2.4.2結(jié)構(gòu)圖等效變換
2.5控制系統(tǒng)的信號流圖
2.5.1信號流圖
2.5.2梅遜增益公式
2.6控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.6.1系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)
2.6.2閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.6.3閉環(huán)系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)
2.7小結(jié)
習(xí)題第3章線性系統(tǒng)的時域分析與校正
3.1概述
3.1.1時域法的作用和特點
3.1.2時域法常用的典型輸入信號
3.1.3系統(tǒng)的時域性能指標(biāo)
3.2一階系統(tǒng)的時間響應(yīng)及動態(tài)性能
3.2.1一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)形式及單位階躍響應(yīng)
3.2.2一階系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)計算
3.2.3典型輸入下一階系統(tǒng)的響應(yīng)
3.3二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)及動態(tài)性能
3.3.1二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)形式及分類
3.3.2過阻尼二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)計算
3.3.3欠阻尼二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)計算
3.3.4改善二階系統(tǒng)動態(tài)性能的措施
3.3.5附加閉環(huán)零極點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響
3.4高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)及動態(tài)性能
3.4.1高階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)
3.4.2閉環(huán)主導(dǎo)極點
3.4.3估算高階系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的零點極點法
3.5線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.5.1穩(wěn)定性的概念
3.5.2穩(wěn)定的充要條件
3.5.3穩(wěn)定判據(jù)
3.6線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.1誤差與穩(wěn)態(tài)誤差
3.6.2計算穩(wěn)態(tài)誤差的一般方法
3.6.3靜態(tài)誤差系數(shù)法
3.6.4干擾作用引起的穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.6.5動態(tài)誤差系數(shù)法
3.7線性系統(tǒng)時域校正
3.7.1反饋校正
3.7.2復(fù)合校正
3.8小結(jié)
習(xí)題第4章根軌跡法
4.1根軌跡法的基本概念
4.1.1根軌跡的基本概念
4.1.2根軌跡與系統(tǒng)性能
4.1.3閉環(huán)零、極點與開環(huán)零、極點之間的關(guān)系
4.1.4根軌跡方程
4.2繪制根軌跡的基本法則
4.3廣義根軌跡
4.3.1參數(shù)根軌跡
4.3.2零度根軌跡
4.4利用根軌跡分析系統(tǒng)性能
4.4.1利用閉環(huán)主導(dǎo)極點估算系統(tǒng)的性能指標(biāo)
4.4.2開環(huán)零、極點分布對系統(tǒng)性能的影響
4.5小結(jié)
習(xí)題第5章線性系統(tǒng)的頻域分析與校正
5.1頻率特性的基本概念
5.1.1頻率響應(yīng)
5.1.2頻率特性
5.1.3頻率特性的圖形表示方法
5.2幅相頻率特性（nyquist圖）
5.2.1典型環(huán)節(jié)的幅相特性曲線
5.2.2開環(huán)系統(tǒng)幅相特性曲線的繪制
5.3對數(shù)頻率特性（bode圖）
5.3.1典型環(huán)節(jié)的bode圖
5.3.2開環(huán)系統(tǒng)bode圖的繪制
5.3.3由對數(shù)幅頻特性曲線確定開環(huán)傳遞函數(shù)
5.3.4最小相角系統(tǒng)和非最小相角系統(tǒng)
5.4頻域穩(wěn)定判據(jù)
5.4.1奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)
5.4.2奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用
5.4.3對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)
5.5穩(wěn)定裕度
5.5.1穩(wěn)定裕度的定義
5.5.2穩(wěn)定裕度的計算
5.6利用開環(huán)對數(shù)幅頻特性分析系統(tǒng)的性能
5.6.1l（ω）低頻漸近線與系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的關(guān)系
5.6.2l（ω）中頻段特性與系統(tǒng)動態(tài)性能的關(guān)系
5.6.3l（ω）高頻段與系統(tǒng)抗高頻干擾能力的關(guān)系
5.7閉環(huán)頻率特性曲線的繪制
5.7.1用向量法求閉環(huán)頻率特性
5.7.2尼柯爾斯圖線
5.8利用閉環(huán)頻率特性分析系統(tǒng)的性能
5.8.1閉環(huán)頻率特性的幾個特征量
5.8.2閉環(huán)頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系
5.9頻率法串聯(lián)校正
5.9.1相角超前校正
5.9.2相角滯后校正
5.9.3滯后-超前校正
5.9.4串聯(lián)pid校正
5.10小結(jié)
習(xí)題第6章線性離散系統(tǒng)的分析與校正
6.1離散系統(tǒng)
6.2信號采樣與保持
6.2.1信號采樣
6.2.2采樣定理
6.2.3采樣周期的選擇
6.2.4零階保持器
6.3z變換
6.3.1z變換定義
6.3.2z變換方法
6.3.3z變換基本定理
6.3.4z反變換
6.3.5z變換的局限性
6.4離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
6.4.1差分方程及其解法
6.4.2脈沖傳遞函數(shù)
6.4.3開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)
6.4.4閉環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)
6.5穩(wěn)定性分析
6.5.1s域到z域的映射
6.5.2穩(wěn)定的充分必要條件
6.5.3穩(wěn)定性判據(jù)
6.6穩(wěn)態(tài)誤差計算
6.6.1一般方法(利用終值定理)
6.6.2靜態(tài)誤差系數(shù)法
6.6.3動態(tài)誤差系數(shù)法
6.7動態(tài)性能分析
6.7.1閉環(huán)極點分布與瞬態(tài)響應(yīng)
6.7.2動態(tài)性能分析
6.8離散系統(tǒng)的模擬化校正
6.8.1常用的離散化方法
6.8.2模擬化校正舉例
6.9離散系統(tǒng)的數(shù)字校正
6.9.1數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)
6.9.2最少拍系統(tǒng)設(shè)計
6.10小結(jié)
習(xí)題第7章非線性控制系統(tǒng)分析
7.1非線性控制系統(tǒng)概述
7.1.1非線性現(xiàn)象的普遍性
7.1.2控制系統(tǒng)中的典型非線性特性
7.1.3非線性控制系統(tǒng)的特點
7.1.4非線性控制系統(tǒng)的分析方法
7.2相平面法
7.2.1相平面的基本概念
7.2.2相軌跡的性質(zhì)
7.2.3相軌跡的繪制
7.2.4由相軌跡求時間解
7.2.5二階線性系統(tǒng)的相軌跡
7.2.6非線性系統(tǒng)的相平面分析
7.3描述函數(shù)法
7.3.1描述函數(shù)的基本概念
7.3.2典型非線性特性的描述函數(shù)
7.3.3用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)
7.4改善非線性系統(tǒng)性能的措施
7.4.1調(diào)整線性部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)
7.4.2改變非線性特性
7.4.3非線性特性的利用
7.5小結(jié)
習(xí)題第8章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合
8.1控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述
8.1.1系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述的兩種基本形式
8.1.2狀態(tài)空間描述常用的基本概念
8.1.3系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣
8.1.4線性定常系統(tǒng)動態(tài)方程的建立
8.2線性系統(tǒng)的運動分析
8.2.1線性定常連續(xù)系統(tǒng)的自由運動
8.2.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的性質(zhì)
8.2.3線性定常連續(xù)系統(tǒng)的受控運動
8.2.4線性定常離散系統(tǒng)的運動分析
8.2.5連續(xù)系統(tǒng)的離散化
8.3控制系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
8.3.1李雅普諾夫穩(wěn)定性概念
8.3.2李雅普諾夫穩(wěn)定性間接判別法
8.3.3李雅普諾夫穩(wěn)定性直接判別法
8.3.4線性定常系統(tǒng)的李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
8.3.5李雅普諾夫穩(wěn)定性、bibs穩(wěn)定性、bibo穩(wěn)定性之間的關(guān)系
8.4線性系統(tǒng)的可控性和可觀測性
8.4.1可控性和可觀測性的概念
8.4.2線性定常系統(tǒng)的可控性
8.4.3線性定常系統(tǒng)的可觀測性
8.4.4可控性、可觀測性與傳遞函數(shù)矩陣的關(guān)系
8.4.5連續(xù)系統(tǒng)離散化后的可控性與可觀測性
8.5線性系統(tǒng)非奇異線性變換及系統(tǒng)的規(guī)范分解
8.5.1線性系統(tǒng)的非奇異線性變換及其性質(zhì)
8.5.2幾種常用的線性變換
8.5.3對偶原理
8.5.4線性系統(tǒng)的規(guī)范分解
8.6線性定?？刂葡到y(tǒng)的綜合設(shè)計
8.6.1狀態(tài)反饋與極點配置
8.6.2輸出反饋與極點配置
8.6.3狀態(tài)重構(gòu)與狀態(tài)觀測器設(shè)計
8.6.4降維狀態(tài)觀測器的概念
8.7小結(jié)
習(xí)題附錄a拉普拉斯變換及反變換
a.1拉普拉斯變換的基本性質(zhì)
a.2常用函數(shù)的拉普拉斯變換和z變換
a.3用查表法進行拉普拉斯反變換
附錄b常見的無源及有源校正網(wǎng)絡(luò)
附錄c綜合練習(xí)題
附錄d習(xí)題答案
參考文獻