《自动控制原理(第2版)》 - 清华大学出版社第五事业部

目    录

第1章  绪论	1
1.1  自动控制系统的一般概念	1
1.2  自动控制系统的分类	4
1.2.1  开环与闭环系统	4
1.2.2  定值、伺服与程序控制系统	6
1.2.3  线性与非线性控制系统	6
1.2.4  连续与离散控制系统	7
1.3  自动控制理论的发展概况	8
1.4  自动控制系统的性能要求	9
本章小结	10
习题		10
第2章  控制系统的数学模型	12
2.1  列写系统微分方程式的
一般方法	12
2.1.1  简单系统微分方程的建立	13
2.1.2  复杂系统微分方程的建立	15
2.2  非线性数学模型的线性化	19
2.3  传递函数	22
2.3.1  传递函数的定义	22
2.3.2  传递函数的基本性质	25
2.3.3  控制系统的典型环节及其
传递函数	26
2.4  框图和系统的传递函数	32
2.4.1  框图的组成	32
2.4.2  系统框图的建立	33
2.4.3  框图的等效变换	34
2.4.4  自动控制系统的传递函数	39
2.5  信号流图和梅逊公式的应用	42
2.5.1  信号流图的术语和性质	44
2.5.2  梅逊增益公式	45
2.6  Matlab在本章中的应用	47
本章小结	49
习题		49
第3章  控制系统的时域分析法	52
3.1  控制系统的时域性能指标	52
3.1.1  典型输入信号	52
3.1.2  控制系统时域性能指标	55
3.2  一阶系统的时域响应	57
3.2.1  一阶系统的数学模型	57
3.2.2  一阶系统的单位阶跃响应	58
3.2.3  一阶系统的单位斜坡响应	59
3.2.4  一阶系统的单位脉冲响应	60
3.2.5  一阶系统的单位加速度响应	60
3.3  二阶系统的时域响应	61
3.3.1  二阶系统的数学模型	62
3.3.2  二阶系统的单位阶跃响应	63
3.3.3  欠阻尼二阶系统的动态
过程分析	68
3.3.4  二阶系统的单位脉冲响应	71
3.4  高阶系统的时域响应	72
3.5  线性系统的稳定性分析	74
3.5.1  系统稳定的充要条件	74
3.5.2  劳斯—赫尔维茨判据	75
3.5.3  劳斯稳定判据	76
3.5.4  赫尔维兹判据	80
3.6  控制系统的稳态误差	81
3.6.1  稳态误差的定义	82
3.6.2  系统类型	82
3.6.3  扰动作用下的稳态误差	87
3.6.4  提高系统稳态精度的方法	88
3.7  Matlab在本章中的应用	88
3.7.1  控制系统的传递函数	88
3.7.2  控制系统的时域响应	91
本章小结	97
习题		97
第4章  控制系统的根轨迹法	101
4.1  根轨迹法的基本概念	101
4.1.1  根轨迹的概念	101
4.1.2  根轨迹与系统性能	103
4.1.3  根轨迹的幅值条件和相角
条件	103
4.1.4  根轨迹增益与系统开环
增益的关系	105
4.2  绘制根轨迹的基本法则	106
4.3  参量根轨迹的绘制	120
4.4  非最小相位系统的根轨迹	123
4.4.1  正反馈回路的根轨迹	124
4.4.2  含有非最小相位元件的
系统的根轨迹	125
4.4.3  滞后系统的根轨迹	126
4.5  用根轨迹分析控制系统	127
4.5.1  用根轨迹确定系统的
有关参数	127
4.5.2  指定K0时的闭环传递函数	130
4.5.3  确定具有指定阻尼比 的
闭环极点和单位阶跃响应	132
4.6  Matlab在本章中的应用	133
本章小结	138
习题		139
第5章  控制系统的频率响应法	143
5.1  频率特性	143
5.1.1  频率特性的基本概念	143
5.1.2  由传递函数确定系统的
频率响应	145
5.2  对数坐标图	147
5.2.1  典型因子的伯德图	148
5.2.2  绘制开环系统伯德图的
一般步骤	157
5.2.3  最小相位系统与非最小
相位系统	159
5.2.4  系统的类型与对数幅频特性曲线低频渐近线的对应关系	161
5.3  极坐标图	163
5.3.1  典型因子的乃氏图	164
5.3.2  极坐标图的一般形状	168
5.4  乃奎斯特稳定判据	171
5.4.1  幅角原理	171
5.4.2  乃奎斯特稳定判据介绍	173
5.4.3  乃氏判据应用于滞后系统	180
5.5  相对稳定性分析	182
5.5.1  增益裕量	183
5.5.2  相位裕量	183
5.5.3  相对稳定性与对数幅频特性中频段斜率的关系	185
5.6  频域性能指标与时域性能
指标间的关系	188
5.6.1  闭环频率特性及其特征量	188
5.6.2  二阶系统时域响应与频域
响应的关系	190
5.7  传递函数的实验确定	194
5.8  Matlab在本章中的应用	196
5.8.1  用Matlab绘制伯德图	196
5.8.2  用Matlab绘制乃奎斯特图	200
本章小结	203
习题		204
第6章  控制系统的校正	208
6.1  引言	208
6.1.1  被控对象	208
6.1.2  性能指标	209
6.1.3  系统校正	210
6.2  线性系统的基本控制规律	212
6.2.1  比例控制规律	213
6.2.2  比例－微分控制规律	213
6.2.3  积分控制规律	214
6.2.4  比例－积分控制规律	214
6.2.5  比例－积分－微分控制
规律	215
6.3  串联校正	216
6.3.1  超前校正	216
6.3.2  滞后校正	222
6.3.3  滞后－超前校正	228
6.4  反馈校正	233
6.4.1  利用反馈校正改变局部
结构和参数	234
6.4.2  利用反馈校正取代局部
结构	235
6.5  复合校正	237
6.5.1  前馈校正与反馈控制组成
的复合控制	237
6.5.2  扰动补偿校正与反馈控制
组成的复合控制	239
6.6  Matlab在本章中的应用	239
本章小结	248
习题		249
第7章  非线性控制系统	251
7.1  非线性控制系统概述	251
7.1.1  研究非线性控制理论的意义	251
7.1.2  非线性系统的特征	253
7.1.3  非线性系统的分析与
设计方法	256
7.2  常见非线性及其对系统运动
的影响	257
7.2.1  非线性特性的等效增益	257
7.2.2  常见非线性因素对系统
运动的影响	259
7.3  非线性元件的描述函数	262
7.3.1  描述函数的基本概念	262
7.3.2  非线性元件描述函数的举例	264
7.3.3  用描述函数法分析非线性
控制系统	270
7.4  相平面分析法	274
7.4.1  相平面的基本概念	274
7.4.2  线性二阶系统的相轨迹	276
7.4.3  绘制相平面图的等倾斜线法	277
7.4.4  非线性系统的相平面分析	280
7.5  Matlab在本章中的应用	286
本章小结	290
习题		291
第8章  离散控制系统	294
8.1  引言	294
8.2  信号的采样与复现	297
8.2.1  采样过程	297
8.2.2  采样定理	299
8.2.3  零阶保持器	301
8.3  z变换与z反变换	302
8.3.1  z变换	303
8.3.2  z变换的基本性质	307
8.3.3  z反变换	310
8.4  脉冲传递函数	312
8.4.1  串联环节的脉冲传递函数	314
8.4.2  闭环系统的脉冲传递函数	315
8.5  差分方程	320
8.5.1  差分的定义	320
8.5.2  差分方程概述	320
8.5.3  用z变换法求解差分方程	321
8.5.4  用迭代法求解差分方程	323
8.6  离散控制系统的性能分析	325
8.6.1  离散控制系统的稳定性
分析	325
8.6.2  闭环极点与瞬态响应的关系	328
8.6.3  离散系统的稳态误差	332
8.7  Matlab在本章中的应用	335
8.7.1  利用Simulink分析和设计
离散控制系统	335
8.7.2  利用控制系统工具箱分析
和设计离散控制系统	340
8.7.3  利用SISO分析工具分析和设计
离散控制系统	341
本章小结	342
习题 	342