《自動(dòng)控制原理》從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的角度闡述了控制理論的主要內(nèi)容。全書共八章，分別介紹了自動(dòng)控制的基本概念、數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析、根軌跡、頻率域分析、校正設(shè)計(jì)，以及離散系統(tǒng)和現(xiàn)代控制理論的基本概念與方法。本書從智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)需求出發(fā)，內(nèi)容以經(jīng)典控制為主，全書兼顧理論、教學(xué)實(shí)際以及工程應(yīng)用，并積極引進(jìn)輔助教學(xué)設(shè)計(jì)軟件，以概念講解清楚、公式刪繁就簡(jiǎn)、結(jié)合專業(yè)應(yīng)用等為特色。
《自動(dòng)控制原理》可供高等院校智能科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)控制理論少學(xué)時(shí)課程作為教材使用。
第1章 自動(dòng)控制的一般概念
1.1 自動(dòng)控制的基本原理與方式
1.1.1 自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用
1.1.2 自動(dòng)控制理論
1.1.3 反饋控制原理
1.1.4 反饋控制系統(tǒng)的基本組成
1.1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本控制方式
1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)示例
1.2.1 函數(shù)記錄儀
1.2.2 火炮方位角控制系統(tǒng)
1.2.3 導(dǎo)彈自動(dòng)駕駛儀
1.2.4 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類
1.4 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求
1.4.1 基本要求的提法
1.4.2 典型外作用
1.5 本課程的研究?jī)?nèi)容
1.6 小結(jié)
習(xí)題
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.1 控制系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型
2.1.1 線性元件的微分方程
2.1.2 線性定常微分方程的求解
2.1.3 非線性微分方程的線性化
2.1.4 運(yùn)動(dòng)的模態(tài)
2.2 控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域數(shù)學(xué)模型
2.2.1 傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)
2.2.2 典型元部件的傳遞函數(shù)
2.3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號(hào)流圖
2.3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的組成和繪制
2.3.2 結(jié)構(gòu)圖的等效變換與簡(jiǎn)化
2.3.3 信號(hào)流圖的組成及性質(zhì)
2.3.4 信號(hào)流圖的繪制
2.3.5 梅森增益公式
2.3.6 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.4 數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)測(cè)定法
2.4.1 數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)測(cè)定的主要方法
2.4.2 輸入測(cè)試信號(hào)的選擇
2.4.3 測(cè)定實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
2.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理
2.5 小結(jié)
習(xí)題
第3章 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法、
3.1 線性系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的性能指標(biāo)
3.1.1 典型輸入信號(hào)
3.1.2 動(dòng)態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程
3.1.3 動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能
3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)域分析
3.2.1 一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.2.2 典型輸入下一階系統(tǒng)的響應(yīng)
3.3 二階系統(tǒng)的時(shí)域分析
3.3.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
3.3.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.3.3 欠阻尼二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程分析
3.3.4 過阻尼二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程分析
3.3.5 二階系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)
3.3.6 二階系統(tǒng)性能的改善
3.3.7 非零初始條件下二階系統(tǒng)的響應(yīng)過程
3.4 高階系統(tǒng)的時(shí)域分析
3.4.1 三階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.4.2 高階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
3.4.3 閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)
3.4.4 高階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能估算
3.5 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.5.1 穩(wěn)定性的基本概念
3.5.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
3.5.3 勞斯一赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)
3.5.4 勞斯穩(wěn)定判據(jù)的特殊情況
3.5.5 勞斯穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用
3.6 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算
3.6.1 誤差與穩(wěn)態(tài)誤差
……
第4章 線性系統(tǒng)的根軌跡法
第5章 線性系統(tǒng)的頻域分析法
第6章 線性系統(tǒng)的校正方法
第7章 離散系統(tǒng)的分析
第8章 控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合
參考文獻(xiàn)
第1章 自動(dòng)控制的一般概念
1.1 自動(dòng)控制的基本原理與方式
1.1.1 自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用
自20世紀(jì)特別是第二次世界大戰(zhàn)以來，自動(dòng)控制科學(xué)和技術(shù)迅速發(fā)展，有力地提高了社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率，推動(dòng)了社會(huì)生活的進(jìn)步。在軍事上，自動(dòng)控制極大地改善了武器的精確度和殺傷力，而在工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、航天、核能以及醫(yī)療等領(lǐng)域，自動(dòng)控制都是不可或缺的。近年來，自動(dòng)控制進(jìn)一步擴(kuò)展到生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理、社會(huì)科學(xué)和其他許多社會(huì)生活領(lǐng)域，促進(jìn)了各學(xué)科之間的相互滲透。下面舉兩個(gè)例子。
在往復(fù)式軋鋼機(jī)中，在鋼材往復(fù)兩次通過軋輥的短暫時(shí)間間隔里，既要使輥道停下以撥正鋼材，同時(shí)使輥道反轉(zhuǎn)把鋼材反向送人軋輥，又要使軋輥及時(shí)停轉(zhuǎn)并反向達(dá)到正確轉(zhuǎn)速，同時(shí)還必須調(diào)整上下兩個(gè)軋輥間的距離達(dá)到工藝要求以迎接反向而來的鋼材。正是自動(dòng)控制技術(shù)保證了這些動(dòng)作互相配合，迅速完成。若人工操作，則難免由于配合的問題而造成等待，引入自動(dòng)控制后如果每一個(gè)軋程能少等待1s，一臺(tái)軋鋼機(jī)一年就能多生產(chǎn)上萬噸鋼材。
現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)模式逐漸從以平臺(tái)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為中心的中遠(yuǎn)程精確打擊。制導(dǎo)控制系統(tǒng)是精確打擊和先進(jìn)導(dǎo)彈的核心所在，很大程度上決定了導(dǎo)彈的性能，尤其是制導(dǎo)精度和殺傷概率。例如在空戰(zhàn)中，戰(zhàn)斗機(jī)和其他空中目標(biāo)的機(jī)動(dòng)能力不斷提高，為了有效摧毀目標(biāo)，必須更大程度地提高空空導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)能力，使其機(jī)動(dòng)過載達(dá)到目標(biāo)機(jī)動(dòng)過載的3倍-5倍。第四代空空導(dǎo)彈已具備全天候、全方位、多目標(biāo)打擊能力，并向更快、更遠(yuǎn)、更精確、更靈活的方向發(fā)展。這都得益于精確制導(dǎo)控制技術(shù)的進(jìn)步。
自動(dòng)控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱為控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱為被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。例如，數(shù)控車床按照預(yù)定程序自動(dòng)地切削工件；化學(xué)反應(yīng)爐的溫度或壓力自動(dòng)地維持恒定；導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)，自動(dòng)地將導(dǎo)彈引導(dǎo)到敵方目標(biāo)；無人駕駛飛機(jī)按照預(yù)定航跡自動(dòng)升降和飛行；人造衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收等。這一切都是以高水平的自動(dòng)控制技術(shù)為前提的。
……
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