自動控制理論及MATLAB實現(xiàn)

目 錄第1章 自動控制系統(tǒng)的基本概念 11.1 自動控制系統(tǒng)的定義 11.2 自動控制系統(tǒng)的分類 41.2.1 運動與過程控制系統(tǒng) 41.2.2 開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng) 41.2.3 定值、隨動與程序控制系統(tǒng) 61.2.4 線性與非線性控制系統(tǒng) 71.2.5 連續(xù)與離散控制系統(tǒng) 81.3 自動控制系統(tǒng)的性能評價 81.4 自動控制理論的發(fā)展概況 10小結(jié) 13習題 13第2章 控制系統(tǒng)的建模 152.1 控制系統(tǒng)微分方程的建立 162.1.1 簡單系統(tǒng)微分方程的建立 162.1.2 復雜系統(tǒng)微分方程的建立 182.2 非線性數(shù)學模型的線性化 212.3 傳遞函數(shù) 242.3.1 傳遞函數(shù)的定義 242.3.2 傳遞函數(shù)的特點 252.3.3 傳遞函數(shù)與理想單位脈沖響應的關(guān)系 262.3.4 系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 282.4 系統(tǒng)框圖與傳遞函數(shù) 332.4.1 框圖的組成 332.4.2 系統(tǒng)框圖的建立 332.4.3 框圖的等效變換 352.4.4 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 402.5 信號流圖和梅遜公式的應用 422.5.1 信號流圖的概念 422.5.2 信號流圖的術(shù)語和性質(zhì) 432.5.3 梅遜增益公式及其應用 452.6 利用Matlab建立數(shù)學模型 48小結(jié) 51習題 51第3章 控制系統(tǒng)的時域分析法 543.1 控制系統(tǒng)的時域性能指標 543.1.1 典型輸入信號 543.1.2 控制系統(tǒng)時域性能指標 573.2 一階系統(tǒng)的時域分析 593.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學模型 593.2.2 一階系統(tǒng)的單位階躍響應 593.2.3 一階系統(tǒng)的單位斜坡響應 613.2.4 一階系統(tǒng)的單位拋物線響應 613.2.5 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應 623.3 二階系統(tǒng)的時域分析 623.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學模型 623.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應 643.3.3 欠阻尼二階系統(tǒng)的性能分析 673.3.4 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應 713.3.5 二階工程最佳參數(shù) 723.4 高階系統(tǒng)的時域分析 733.4.1 高階系統(tǒng)的單位階躍響應 743.4.2 閉環(huán)主導極點 753.5 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 753.5.1 穩(wěn)定性的基本概念 763.5.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件 773.5.3 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件 783.5.4 勞斯穩(wěn)定判據(jù) 783.5.5 赫爾維茲穩(wěn)定判據(jù) 813.5.6 勞斯判據(jù)的應用 823.6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 843.6.1 穩(wěn)態(tài)誤差的定義 843.6.2 系統(tǒng)類型與輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 853.6.3 擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 883.6.4 提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的方法 903.7 Matlab在時域分析法中的應用 903.7.1 單位脈沖響應和單位階躍響應 903.7.2 單位斜坡響應 923.7.3 任意函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應 933.7.4 Simulink中時域響應舉例 95小結(jié) 96習題 96第4章 控制系統(tǒng)的根軌跡法 994.1 根軌跡的基本概念 994.1.1 根軌跡的概念 994.1.2 根軌跡與系統(tǒng)性能 1004.1.3 根軌跡的幅值條件和相角條件 1014.1.4 根軌跡增益與系統(tǒng)開環(huán)增益的關(guān)系 1024.2 繪制根軌跡的基本法則 1034.3 廣義根軌跡的繪制 1144.3.1 參量根軌跡 1144.3.2 零度根軌跡 1174.4 用根軌跡分析閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能 1204.4.1 用根軌跡分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 1204.4.2 用根軌跡分析系統(tǒng)的動態(tài)性能 1214.4.3 用根軌跡分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能 1224.4.4 附加開環(huán)零、極點的作用 1244.5 Matlab在根軌跡法中的應用 126小結(jié) 131習題 131第5章 控制系統(tǒng)的頻率響應法 1355.1 頻率特性 1355.1.1 頻率特性的基本概念 1355.1.2 由傳遞函數(shù)確定系統(tǒng)的頻率響應 1375.2 對數(shù)坐標圖 1395.2.1 典型因子的伯德圖 1405.2.2 繪制開環(huán)系統(tǒng)伯德圖的一般步驟 1485.2.3 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng) 1495.2.4 系統(tǒng)的類型與對數(shù)幅頻特性曲線低頻漸近線的對應關(guān)系 1505.3 極坐標圖 1535.3.1 典型因子的乃氏圖 1535.3.2 極坐標圖的一般形狀 1575.4 乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 1605.4.1 幅角原理 1605.4.2 乃奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 1625.4.3 乃氏判據(jù)應用于滯后系統(tǒng) 1685.5 相對穩(wěn)定性分析 1705.5.1 增益裕量 1715.5.2 相位裕量 1715.5.3 相對穩(wěn)定性與對數(shù)幅頻特性中頻段斜率的關(guān)系 1735.6 頻域性能指標與時域性能指標間的關(guān)系 1755.6.1 閉環(huán)頻率特性及其特征量 1755.6.2 二階系統(tǒng)時域響應與頻域響應的關(guān)系 1775.7 傳遞函數(shù)的實驗確定 1815.8 Matlab在頻率響應法中的應用 1825.8.1 用Matlab繪制伯德圖 1835.8.2 用Matlab繪制乃奎斯特圖 186小結(jié) 190習題 191第6章 控制系統(tǒng)的校正 1956.1 系統(tǒng)的設計與校正問題 1956.1.1 被控對象 1956.1.2 性能指標 1956.1.3 系統(tǒng)帶寬的確定 1976.1.4 系統(tǒng)校正方式 1986.2 線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律 1996.2.1 比例控制規(guī)律 2006.2.2 比例—微分控制規(guī)律 2006.2.3 積分控制規(guī)律 2006.2.4 比例—積分控制規(guī)律 2016.2.5 比例—積分—微分控制規(guī)律 2016.3 串聯(lián)校正 2026.3.1 超前校正 2036.3.2 滯后校正 2086.3.3 滯后—超前校正 2146.4 反饋校正 2206.4.1 利用反饋校正改變局部結(jié)構(gòu)和參數(shù) 2216.4.2 利用反饋校正取代局部結(jié)構(gòu) 2226.5 復合校正 2236.5.1 前饋校正與反饋控制組成的復合控制 2236.5.2 擾動補償校正與反饋控制組成的復合控制 2256.6 Matlab在串聯(lián)校正中的應用 226小結(jié) 233習題 234第7章 非線性控制系統(tǒng) 2367.1 非線性控制系統(tǒng)概述 2367.1.1 研究非線性控制理論的意義 2367.1.2 非線性系統(tǒng)的特征 2387.1.3 非線性系統(tǒng)的分析與設計方法 2407.2 常見非線性及其對系統(tǒng)運動的影響 2417.2.1 非線性特性的等效增益 2417.2.2 常見非線性因素對系統(tǒng)運動的影響 2437.3 非線性元件的描述函數(shù) 2457.3.1 描述函數(shù)的基本概念 2467.3.2 非線性元件描述函數(shù)的舉例 2477.3.3 用描述函數(shù)法分析非線性控制系統(tǒng) 2527.4 非線性系統(tǒng)的相平面分析 2557.4.1 相平面的基本概念 2557.4.2 線性二階系統(tǒng)的相軌跡 2567.4.3 繪制相平面圖的等傾斜線法 2587.4.4 非線性系統(tǒng)的相平面分析 2607.5 Matlab在相平面分析中的應用 265小結(jié) 269習題 270第8章 離散控制系統(tǒng) 2728.1 離散控制系統(tǒng)的概念 2728.2 信號的采樣與復現(xiàn) 2758.2.1 采樣過程 2758.2.2 采樣定理 2768.2.3 零階保持器 2788.3 Z變換與Z反變換 2808.3.1 Z變換 2808.3.2 Z變換的基本性質(zhì) 2838.3.3 Z反變換 2868.4 脈沖傳遞函數(shù) 2888.4.1 串聯(lián)環(huán)節(jié)的脈沖傳遞函數(shù) 2898.4.2 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù) 2918.5 差分方程 2958.5.1 差分的定義 2958.5.2 差分方程概述 2958.5.3 用Z變換法求解差分方程 2968.5.4 用迭代法求解差分方程 2978.6 離散控制系統(tǒng)的性能分析 2998.6.1 離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 2998.6.2 閉環(huán)極點與瞬態(tài)響應的關(guān)系 3028.6.3 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 3058.7 Matlab在離散控制系統(tǒng)中的應用 3078.7.1 利用Simulink分析和設計離散控制系統(tǒng) 3078.7.2 利用Matlab函數(shù)分析和設計離散控制系統(tǒng) 3128.7.3 利用SISO分析工具分析和設計離散控制系統(tǒng) 312小結(jié) 314習題 314