自動控制原理（第二版）






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	目錄第一章概述第一節自動控制系統的基本概念001 第二節自動控制系統的基本結構形式003 一、開環控制系統003 二、閉環控制系統004 三、開環與閉環控制系統的比較005 第三節自動控制系統的分類007 一、按控制系統的結構分類007 二、按系統給定信號的特徵分類007 三、按系統傳輸信號的性質分類008 四、按系統的輸入輸出信號的數量分類008 五、按系統的數學描述分類009 六、按系統的參數是否隨時間變化分類009 第四節對自動控制系統的基本要求010 一、穩定性010 二、瞬態性能010 三、穩態誤差010 第五節自動控制理論的發展概況011 一、早期的自動控制系統011 二、經典控制理論011 三、現代控制理論012 四、大系統控制理論與智慧控制理論012 第六節本書的主要內容及結構體系013 習題一013 第二章連續時間控制系統的數學模型第一節列寫動態系統的微分方程016 一、幾個典型的例子016 二、微分方程模型及相似系統022 三、動態系統建模舉例024 第二節狀態及狀態空間模型027 一、狀態空間的基本概念027 二、狀態空間模型的建立028 三、關於狀態空間模型的說明034 第三節特殊環節的建模及處理035 一、純滯後035 二、分佈參數036 三、積分037 四、高階038 五、非線性環節的線性化處理039 第四節控制系統中其他環節的數學模型041 一、控制器的數學模型042 二、測量元件的數學模型043 三、執行機構的數學模型044 第五節傳遞函數與方塊圖045 一、基本概念045 二、關於傳遞函數的討論046 三、系統方塊圖048 第六節信號流圖與梅遜公式057 一、信號流圖的基本構成058 二、信號流圖的繪製058 三、梅遜增益公式059 第七節各種數學模型間的關係061 一、由微分方程轉換為狀態方程061 二、由狀態空間運算式求傳遞函數064 三、狀態變換和狀態變換中特徵值的不變性065 四、由傳遞函數求狀態空間運算式067 五、由方塊圖求系統狀態空間運算式071 本章小結072 習題二072 第三章連續時間控制系統的時域分析第一節概述079 一、概述079 二、典型輸入信號079 第二節微分方程的經典求解方法081 一、系統的穩態回應求解081 二、微分方程的暫態回應求解083 三、暫態回應的時間常數085 第三節微分方程的拉氏變換求解方法085 第四節控制系統的性能指標及時域分析088 一、控制系統的時域性能指標088 二、控制系統的時域分析091 第五節高階系統的暫態回應099 一、高階系統的階躍回應099 二、高階系統的閉環主導極點100 第六節常規控制器及其對系統的影響101 一、常規控制器的控制規律101 二、控制器參數對控制過程的影響103 三、測量滯後對控制過程的影響105 第七節狀態方程的求解與分析105 一、線性定常齊次狀態方程的解106 二、狀態轉移矩陣107 三、線性定常狀態方程的解111 四、狀態空間模型下的系統輸出回應113 第八節被控物件的實驗建模114 一、常用的實驗測試方法115 二、輸入測試信號115 三、實驗測試資料的處理116 本章小結118 習題三118 第四章連續時間控制系統的穩定性與穩態誤差第一節勞斯穩定判據123 一、穩定性123 二、勞斯判據124 三、勞斯判據的應用129 四、赫爾維茨判據130 第二節回饋控制系統的穩態誤差131 一、穩態誤差131 二、回饋控制系統的“型”132 三、穩態誤差係數136 第三節等效單位負反饋系統140 本章小結140 習題四141 第五章根軌跡分析法第一節概述143 一、根軌跡概念143 二、閉環零、極點和開環零、極點之間的關係145 三、根軌跡方程146 第二節根軌跡的繪製方法147 第三節廣義根軌跡159 一、參數根軌跡160 二、零度根軌跡161 三、純滯後系統的根軌跡163 第四節基於根軌跡的系統性能分析166 一、開環極點對系統性能的影響166 二、開環零點對系統性能的影響168 三、增益K的選取169 第五節基於根軌跡的系統補償器設計170 一、超前補償器的設計170 二、滯後補償器的設計173 三、PID控制器的設計174 本章小結175 習題五175 第六章頻率特性分析法第一節概述179 第二節頻率特性及其圖示法181 一、頻率特性的定義181 二、頻率特性的圖示法182 第三節開環系統典型環節分解和頻率特性曲線的繪製183 一、開環系統典型環節分解183 二、典型環節的幅相曲線繪製184 三、系統的開環幅相曲線繪製188 四、典型環節Bode圖的繪製195 五、開環對數頻率特性曲線繪製199 六、由頻域實驗確定系統傳遞函數203 第四節奈奎斯特(Nyquist)穩定性判據205 一、Nyquist穩定性判據205 二、Nyquist穩定性判據的應用210 三、穩定裕度212 第五節基於頻率回應的補償器設計215 一、頻域指標與時域指標的關係215 二、超前補償器的設計217 三、滯後補償器的設計220 本章小結223 習題六223 第七章線性離散時間控制系統分析與綜合第一節採樣過程與採樣定理227 一、採樣過程的數學描述227 二、採樣信號的頻譜分析229 三、採樣定理230 四、採樣信號的複現230 第二節 Z變換基礎232 一、Z變換232 二、Z變換的幾個性質234 三、Z反變換234 四、改進Z變換236 五、Z變換的局限性239 第三節線性離散系統的數學描述及求解239 一、差分方程及其求解239 二、脈衝傳遞函數241 三、離散系統的狀態空間模型249 第四節離散系統的分析與設計259 一、離散系統的穩定性259 二、基於z域的分析與設計265 三、基於頻率特性的分析與設計269 第五節數位控制系統簡介270 一、基於連續系統的分析與設計270 二、基於離散系統的分析與設計272 第六節網路控制系統簡介276 本章小結277 習題七277 第八章線性定常系統的狀態空間分析法第一節線性定常連續系統的能控性和能觀性283 一、直觀理解283 二、能控性定義和能觀性定義285 三、能控性判別286 四、能觀性判別292 五、對偶原理294 第二節線性定常連續系統的線性變換與結構分解295 一、非奇異線性變換295 二、狀態空間的幾種標準型式296 三、結構分解298 四、狀態空間描述與傳遞函數描述的關係303 第三節線性定常連續系統的狀態回饋控制305 一、狀態回饋控制的基本概念305 二、閉環線性系統的能控性與能觀性306 三、狀態回饋極點配置307 四、狀態回饋鎮定314 第四節最優控制316 一、最優控制概述316 二、線性系統二次型最優控制問題317 三、狀態調節器319 第五節線性定常連續系統的狀態觀測器321 一、狀態觀測器321 二、降維狀態觀測器324 三、狀態觀測回饋系統（分離定理）326 第六節線性定常離散系統的狀態空間分析法328 一、離散系統的能控性328 二、離散系統的能觀性329 三、連續系統與離散系統的關聯與區別330 四、連續動態系統離散化後的能控性與能觀性331 第七節內模控制器設計332 本章小結334 習題八334 第九章非線性系統分析第一節控制系統中的典型非線性特性339 一、典型非線性特性339 二、非線性控制系統的特殊性341 三、非線性控制系統的分析方法341 第二節相平面法342 一、相平面的基本概念342 二、相軌跡的性質343 三、相軌跡的繪製343 四、二階線性系統的相軌跡345 五、非線性系統的相軌跡347 六、由相軌跡求時間解347 七、相平面分析348 第三節描述函數法352 一、描述函數的概念352 二、典型非線性特性的描述函數353 三、描述函數分析法357 第四節李雅普諾夫穩定性分析363 一、自治系統及其平衡狀態363 二、李雅普諾夫穩定性定義364 三、李雅普諾夫穩定性的間接判別法366 四、李雅普諾夫穩定性的直接判別法368 五、線性連續定常系統的李雅普諾夫穩定性分析371 六、離散系統的李雅普諾夫穩定性分析373 本章小結374 習題九374 附錄拉普拉斯變換參考文獻