目 錄
前 言
第1章 緒論1
1.1 自動控制理論及其發(fā)展簡史1
1.2 自動控制系統(tǒng)的基本原理和組成2
1.2.1 自動控制系統(tǒng)的基本原理2
1.2.2 自動控制系統(tǒng)的組成3
1.3 自動控制系統(tǒng)的分類4
1.3.1 按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類4
1.3.2 按系統(tǒng)輸出信號的變化規(guī)律分類5
1.3.3 按系統(tǒng)傳輸信號的特性分類6
1.3.4 按系統(tǒng)傳輸信號的時間性質(zhì)分類7
1.4 對自動控制系統(tǒng)性能的基本要求7
小結(jié)8
習(xí)題9
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型10
2.1 微分方程10
2.1.1 微分方程的建立10
2.1.2 非線性微分方程的線性化11
2.1.3 線性定常微分方程的求解13
2.2 傳遞函數(shù)14
2.2.1 傳遞函數(shù)的基本概念14
2.2.2 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)15
2.2.3 傳遞函數(shù)的求取19
2.3 結(jié)構(gòu)圖20
2.3.1 結(jié)構(gòu)圖的基本概念20
2.3.2 結(jié)構(gòu)圖的等效變換及化簡23
2.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)28
2.4 信號流圖30
2.4.1 信號流圖的符號及術(shù)語30
2.4.2 信號流圖與結(jié)構(gòu)圖的關(guān)系31
2.4.3 梅遜公式及其應(yīng)用32
2.5 MATLAB中數(shù)學(xué)模型的表示33
2.5.1 傳遞函數(shù)模型的MATLAB表示33
2.5.2 結(jié)構(gòu)圖模型的MATLAB表示35
小結(jié)36
習(xí)題36
第3章 時域分析法41
3.1 典型輸入信號和時域性能指標(biāo)41
3.1.1 典型輸入信號41
3.1.2 時域性能指標(biāo)43
3.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析44
3.2.1 穩(wěn)定性的概念及線性系統(tǒng)的穩(wěn)定條件44
3.2.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)45
3.3 控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能分析49
3.3.1 一階系統(tǒng)分析49
3.3.2 二階系統(tǒng)分析50
3.3.3 高階系統(tǒng)分析57
3.4 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析58
3.4.1 誤差及穩(wěn)態(tài)誤差58
3.4.2 給定輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差59
3.4.3 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差62
3.4.4 轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)分析63
3.5 MATLAB用于時域響應(yīng)分析65
3.5.1 用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性65
3.5.2 用MATLAB分析系統(tǒng)的暫態(tài)性能66
小結(jié)69
習(xí)題69
第4章 根軌跡法74
4.1 根軌跡的基本概念74
4.1.1 根軌跡74
4.1.2 根軌跡方程75
4.1.3 幅值條件方程和相角條件方程75
4.2 繪制根軌跡的基本法則76
4.3 參量根軌跡83
4.4 正反饋回路和零度根軌跡85
4.5 用根軌跡分析系統(tǒng)性能86
4.5.1 用根軌跡確定系統(tǒng)的閉環(huán)極點86
4.5.2 用根軌跡確定系統(tǒng)性能與參數(shù)的關(guān)系87
4.5.3 增加開環(huán)零點?極點對系統(tǒng)性能的影響88
4.6 MATLAB用于根軌跡分析90
小結(jié)92
習(xí)題93
第5章 頻率特性法95
5.1 頻率特性的基本概念95
5.1.1 頻率響應(yīng)95
5.1.2 頻率特性的定義96
5.1.3 頻率特性的圖形表示98
5.2 極坐標(biāo)圖(奈氏圖) 99
5.2.1 典型環(huán)節(jié)的極坐標(biāo)圖99
5.2.2 控制系統(tǒng)開環(huán)極坐標(biāo)圖102
5.3 伯德圖103
5.3.1 典型環(huán)節(jié)的伯德圖104
5.3.2 控制系統(tǒng)開環(huán)伯德圖108
5.3.3 由伯德圖確定傳遞函數(shù)110
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)111
5.4.1 輻角定理112
5.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)112
5.4.3 伯德圖上的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)117
5.5 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性119
5.5.1 相位裕量120
5.5.2 幅值裕量120
5.6 利用頻率特性分析系統(tǒng)的性能121
5.6.1 開環(huán)頻域指標(biāo)與時域性能指標(biāo)的關(guān)系122
5.6.2 基于伯德圖的系統(tǒng)性能分析123
5.6.3 閉環(huán)頻域指標(biāo)與時域性能指標(biāo)的關(guān)系125
5.7 MATLAB用于頻域分析127
5.7.1 用MATLAB命令繪制頻率特性曲線127
5.7.2 用MATLAB命令分析系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性129
小結(jié)130
習(xí)題131
第6章 控制系統(tǒng)的綜合校正134
6.1 系統(tǒng)校正基礎(chǔ)134
6.2 串聯(lián)校正135
6.2.1 相位超前校正136
6.2.2 相位滯后校正140
6.2.3 相位滯后超前校正143
6.2.4 有源校正網(wǎng)絡(luò)145
6.2.5 串聯(lián)期望特性法校正147
6.3 PID校正149
6.4 局部反饋校正152
6.4.1 局部反饋校正的基本原理152
6.4.2 速度反饋校正153
6.4.3 局部反饋校正設(shè)計154
6.5 前饋補償與復(fù)合控制157
6.5.1 按輸入補償?shù)膹?fù)合控制157
6.5.2 按擾動補償?shù)膹?fù)合控制158
6.6 基于MATLAB的頻域法校正159
6.6.1 串聯(lián)校正設(shè)計159
6.6.2 校正校驗161
小結(jié)163
習(xí)題164
第7章 非線性控制系統(tǒng)分析167
7.1 非線性系統(tǒng)概述167
7.1.1 非線性系統(tǒng)的特征167
7.1.2 非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法168
7.1.3 常見的非線性特性及其對系統(tǒng)運動的影響168
7.2 描述函數(shù)法171
7.2.1 描述函數(shù)的基本概念171
7.2.2 典型非線性特性的描述函數(shù)172
7.2.3 非線性系統(tǒng)的簡化175
7.2.4 用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性176
7.3 相平面法180
7.3.1 相平面的基本概念180
7.3.2 繪制相軌跡的方法180
7.3.3 奇點和極限環(huán)183
7.3.4 由相平面求時間解186
7.3.5 非線性系統(tǒng)的相平面法分析186
7.4 非線性特性的利用189
7.5 基于Simulink的非線性系統(tǒng)分析191
小結(jié)192
習(xí)題192
第8章 采樣控制系統(tǒng)分析196
8.1 采樣控制系統(tǒng)的基本概念196
8.1.1 采樣控制系統(tǒng)及其基本結(jié)構(gòu)196
8.1.2 采樣過程與采樣定理197
8.1.3 采樣信號的復(fù)現(xiàn)199
8.2 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)200
8.2.1 z變換的定義200
8.2.2 求z變換的方法201
8.2.3 z變換的基本定理203
8.2.4 z反變換204
8.2.5 差分方程及其求解206
8.3 脈沖傳遞函數(shù)209
8.3.1 脈沖傳遞函數(shù)的定義209
8.3.2 開環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)209
8.3.3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)211
8.4 采樣控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析214
8.4.1 采樣系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)分析214
8.4.2 閉環(huán)極點的位置與動態(tài)特性的關(guān)系216
8.5 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析219
8.5.1 z平面內(nèi)的穩(wěn)定條件219
8.5.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)220
8.6 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析221
8.7 MATLAB用于采樣控制系統(tǒng)分析223
8.7.1 數(shù)學(xué)模型處理223
8.7.2 動態(tài)響應(yīng)分析224
8.7.3 Simulink仿真分析226
8.7.4 穩(wěn)定性判定226
小結(jié)227
習(xí)題228
附錄231
參考文獻233