自動控制原理及套用（第2版）

《自動控制原理及套用（第2版）》是2016年清華大學出版社出版的書籍，作者是陳祥光 、孫玉梅 、吳磊、 孫巧妍、 黃聰明。

基本介紹

• 書名：自動控制原理及套用(第2版）
• 作者：陳祥光 孫玉梅 吳磊 孫巧妍 黃聰明
• ISBN：9787302444572
• 定價：49.8
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2016.08.01

內容簡介

本書以工程套用為背景,基於本學科專業教學規範的核心知識點，較全面地闡述了自動控制的基本理論，重點介紹經典控制理論和部分現代控制理論基礎,全書共分7章。第1章結合實際介紹自動控制的基本概念；第2章介紹線性控制系統的運動方程及模型描述方法；第3章介紹連續控制系統的時域和頻域分析方法；第4章介紹閉環控制系統的穩定性分析方法；第5章介紹閉環控制系統的誤差分析方法；第6章介紹閉環控制系統的綜合校正方法；第7章介紹控制系統的狀態空間分析與設計方法。全書結構有以下特點：既集中介紹了線性連續單變數定常系統理論，又體現了經典的連續多變數系統與現代控制理論的結合，並舉例說明如何運用專業基礎理論和專業知識分析、研究和設計自動控制系統中複雜工程問題的解決方案。

編輯推薦

本書以工程套用為背景,理論聯繫實際，部分例題涉及多個學科領域，適用於測控技術與儀器專業、自動化專業以及相關專業作為教材，也可供有關科技人員參考。

前言

本書是根據教育部高等學校儀器科學與技術教學指導委員會制定的專業教學規範的要求，在汲取國內外同類教材的優點,結合編者多年的教學實踐基礎上編寫的。

本書主要包括經典控制理論和部分現代控制理論。經典控制理論以線性定常連續控制系統為主線,在闡述反饋控制基本原理與概念的基礎上,著重介紹線性控制系統運動方程的建立方法,系統介紹連續控制系統的時域和頻域分析方法，分別介紹了閉環控制系統的穩定性分析、誤差分析以及綜合校正方法。舉例說明如何運用專業基礎理論和專業知識分析、研究和設計自動控制系統中複雜工程問題的解決方案。現代控制理論基礎部分是在闡述狀態空間法的基本概念的基礎上，系統介紹了系統狀態空間模型的建立與求解方法、能控性和能觀性定義及判據,扼要介紹狀態空間設計方法。

本書在編寫中致力於以下兩方面：在結構安排上,充分考慮控制理論體系的發展形成特點及其認識規律,既注重遵循傳統模式，又注意經典與現代控制理論的適當融合；在內容處理上,既注重基本概念、基本方法的闡述，力求概念清楚、思路清晰、循序漸進，又注意理論與實際相結合，力求聯繫工程套用背景，深入淺出，並精選典型例題與習題,以便於自學。

本書由陳祥光教授、孫玉梅副教授、吳磊博士、孫巧妍副教授、黃聰明教授編寫。全書共7章，其中陳祥光、孫玉梅、吳磊編寫第1~6章，孫巧妍和黃聰明編寫第7章。在本書的內容策劃與撰寫過程中，清華大學丁天懷教授、國防科技大學張玘教授等給予了熱情的支持與幫助，並提出了許多寶貴的意見，在此表示衷心的感謝。

在本書的編寫過程中,清華大學出版社、北京理工大學、煙臺南山學院給予了大力支持和幫助,在此深表謝意。

限於作者水平,書中難免存在問題和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。

編者

2016年3月於北京

目錄

第1章緒論

1.1自動控制的發展概述

1.2控制系統工作原理

1.3自動控制系統的類型

1.3.1開環控制系統和閉環控制系統

1.3.2定值控制系統、隨動控制系統、程式控制系統

1.3.3連續控制系統和離散控制系統

1.3.4線性控制系統和非線性控制系統

1.3.5單變數控制系統和多變數控制系統

1.4小結

習題

第2章線性控制系統的運動方程及模型描述

2.1引言

2.2傳遞函式

2.2.1傳遞函式的定義

2.2.2傳遞函式的極點和零點

2.2.3典型環節及其傳遞函式

2.3線性控制系統的數學模型

2.3.1電氣系統的數學模型

2.3.2機械系統的數學模型

2.3.3工業過程裝置的數學模型

2.3.4檢測與執行裝置的數學模型

2.3.5典型對象或環節的數學模型

2.4框圖

2.4.1框圖的基本符號和連線

2.4.2框圖的變換和簡化

2.5信號流圖

2.5.1信號流圖常用術語

2.5.2框圖及相應的信號流圖

2.5.3框圖與信號流圖的轉換

2.5.4信號流圖的運算與簡化規則

2.5.5梅森增益公式

2.6套用MATLAB對數學模型進行描述

2.6.1套用MATLAB進行數學模型轉換

2.6.2套用MATLAB求系統時域解

2.6.3基於MATLAB求取系統傳遞函式

2.7運用工程知識解決控制系統複雜工程問題

2.7.1槽式反應器的溫度控制系統

2.7.2反應器的溫度控制系統框圖

2.7.3被控對象的特性分析及數學模型的建立

2.7.4構建適應被控對象特性變化的控制系統

2.8小結

習題

第3章連續控制系統的時域和頻域分析方法

3.1引言

3.2連續控制系統的時域分析法

3.2.1典型輸入信號

3.2.2控制系統的瞬態回響及性能指標

3.3連續控制系統的根軌跡分析法

3.3.1根軌跡法的基本概念

3.3.2繪製根軌跡的基本條件和規則

3.3.3根軌跡繪製方法舉例

3.4連續控制系統的頻域分析法

3.4.1頻率特性及其與傳遞函式的關係

3.4.2頻率特性的圖示方法

3.5基於MATLAB的時域和頻域分析方法

3.5.1利用MATLAB求系統的時域回響

3.5.2利用MATLAB計算時域性能指標

3.5.3套用MATLAB分析系統根軌跡

3.5.4套用MATLAB繪製Bode圖示例

3.5.5套用MATLAB繪製Nyquist圖示例

3.5.6套用MATLAB繪製Nichols圖示例

3.6基於學科和專業基礎知識分析控制系統複雜工程問題

3.6.1生物發酵過程自動控制系統組成

3.6.2生物發酵過程輸入量（控制量）與輸出量（被控量）的關聯性分析

3.6.3金黴素發酵過程關鍵變數的最佳化控制

3.7小結

習題

第4章閉環控制系統的穩定性分析

4.1引言

4.2勞斯穩定判據

4.2.1系統穩定性的初步判別

4.2.2勞斯判據

4.2.3勞斯判據的特殊情況

4.2.4勞斯判據的套用

4.3奈奎斯特穩定判據

4.3.1映射定理

4.3.2奈奎斯特穩定判據原理

4.3.3開環極點或零點位於jω軸上時的奈奎斯特判據

4.4伯德圖的穩定性分析

4.4.1增益裕量和相角裕量

4.4.2相角裕量與過渡過程性能指標的關係

4.4.3最小相位系統和非最小相位系統

4.5閉環頻率特性

4.5.1由開環頻率特性求取閉環頻率特性

4.5.2等M圓圖和等N圓圖

4.5.3尼柯爾斯圖線

4.6套用MATLAB判斷系統的穩定性

4.7小結

習題

第5章閉環控制系統的誤差分析

5.1引言

5.2控制系統的穩態誤差

5.2.1穩態誤差和誤差傳遞函式

5.2.2控制系統的結構類型

5.2.3給定輸入下(隨動系統)的穩態誤差

5.2.4擾動輸入下(定值系統)的穩態誤差

5.3穩態誤差與對數幅頻特性曲線的關係

5.3.1穩態位置誤差係數的確定

5.3.2穩態速度誤差係數的確定

5.3.3穩態加速度誤差係數的確定

5.3.4減小穩態誤差的若干措施

5.4使用現代工具對控制系統的複雜工程問題進行預測與模擬

5.4.1基於偏差的自動控制系統構成

5.4.2參數最佳化（搜尋）中存在的問題

5.4.3並行搜尋的基本思想

5.4.4基於矩陣的多個單純形並行搜尋

5.4.5套用舉例

5.5小結

習題

第6章閉環控制系統的綜合校正

6.1引言

6.2控制系統的根軌跡校正方法

6.2.1基於根軌跡的超前校正

6.2.2基於根軌跡的滯後校正

6.3控制系統的頻率特性校正方法

6.3.1基於伯德圖的超前校正

6.3.2基於伯德圖的滯後校正

6.4PID控制器特性分析及套用

6.4.1PID控制規律

6.4.2PID控制器參數對控制過程的影響

6.4.3PID控制器參數對系統根軌跡的影響

6.4.4PID控制器參數對系統頻率特性穩定裕量的影響

6.5小結

習題

第7章控制系統的狀態空間分析與設計

7.1引言

7.2控制系統的狀態空間描述

7.2.1狀態空間描述的基本概念

7.2.2狀態空間表達式的建立

7.2.3狀態空間的線性變換與規範化

7.3線性定常連續系統狀態方程的解法

7.4線性系統的能控性和能觀性

7.4.1能控性和能觀性概念的提出

7.4.2線性定常連續系統能控性定義及其判據

7.4.3線性定常連續系統能觀性定義及其判據

7.4.4能控性與能觀性的對偶關係

7.4.5能控性和能觀性與傳遞函式(矩陣)的關係

7.5控制系統的狀態空間設計

7.5.1狀態反饋與極點配置

7.5.2狀態重構與狀態觀測器

7.6MATLAB在狀態空間法中的套用

7.6.1狀態空間模型建立與轉換

7.6.2能控性與能觀性的判定

7.6.3狀態反饋系統極點配置

7.7小結

習題

附錄A

A.1拉氏變換

A.1.1拉氏變換的定義

A.1.2基本函式的拉氏變換

A.1.3拉氏變換的主要運算定理

A.2拉氏變換求解線性常微分方程

A.2.1拉氏反變換

A.2.2拉氏變換的套用舉例

A.3海維塞德部分分式展開法

參考文獻