《自動控制原理（第2版）》是2019年清華大學出版社出版的圖書，作者是張愛民。
基本介紹
- 書名：自動控制原理（第2版）
- 作者：張愛民 主編 任志剛 王勇 杜行儉 編著
- ISBN：9787302522911
- 定價：69元
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2019.08.01
- 印次：2-1
- 印刷日期：2019.06.19
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書涵蓋了經典控制、現代控制和非線性控制理論的基本內容。從控制理論的基礎知識入手，較深入地介紹了控制系統的傳遞函式、方框圖、信號流圖以及狀態空間模型；詳細闡述了用於控制系統穩定性、瞬態性能、穩態性能分析時域法、根軌跡法、頻域法和狀態空間法，以及相應的系統設計方法；討論了離散控制系統的模型、性能分析和校正方法；並對非線性控制系統的相平面法和描述函式法進行了簡要介紹。此外，在相關章節給出了有關控制系統分析設計的MATLAB仿真方法和示例。 全書內容全面、邏輯明確、圖文並茂，理論與示例有機結合，適於用作高等學校自動化專業以及機械類、能動類、化工類等自動化相關專業的本科教材，同時可供控制工程技術人員自學參考。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 自動控制的基本概念 1
1.3 自動控制系統的基本形式 3
1.3.1 開環控制系統 3
1.3.2 閉環控制系統 4
1.3.3 閉環控制系統的組成 5
1.3.4 閉環控制系統的特點 7
1.4 自動控制系統分類 10
1.4.1 按輸入信號特徵分類 10
1.4.2 按系統中傳遞的信號分類 14
1.4.3 按系統特性分類 15
1.4.4 按系統參數分類 16
1.5 對自動控制系統的基本要求 17
1.6 自動控制原理的研究內容及本書的結構體系 18
習題 20
第2章 控制系統的數學模型 22
2.1 引言 22
2.2 微分方程 23
2.2.1 機械系統 23
2.2.2 電路系統 26
2.2.3 機電系統 28
2.3 傳遞函式 33
2.3.1 傳遞函式定義 33
2.3.2 典型環節傳遞函式 36
2.3.3 舉例說明建立傳遞函式的方法 39
2.4 方塊圖 44
2.4.1 方塊圖的組成和繪製 44
2.4.2 方塊圖簡化 47
2.4.3 閉環系統的傳遞函式 52
2.5 信號流圖 54
2.5.1 信號流圖的組成和建立 54
2.5.2 梅森增益公式 56
2.6狀態空間模型 60
2.6.1基本概念 60
2.6.2狀態空間表達式的建立 64
2.6.3傳遞函式與狀態空間表達式之間的關係 80
2.6.4組合系統的狀態空間表達式 81
習題 87
第3章線性系統的時域分析法 103
3.1引言 103
3.1.1典型輸入信號及其拉普拉斯變換 103
3.1.2瞬態回響和穩態回響 106
3.1.3瞬態性能指標和穩態性能指標 107
3.2典型一階系統的瞬態性能 109
3.2.1一階系統的數學模型 109
3.2.2一階系統的單位脈衝回響 109
3.2.3一階系統的單位階躍回響 110
3.2.4一階系統的單位斜坡回響 111
3.2.5一階系統的單位加速度回響 112
3.2.6一階系統的瞬態性能指標 113
3.2.7減小一階系統時間常數的措施 114
3.3典型二階系統的瞬態性能 115
3.3.1典型二階系統的數學模型 115
3.3.2典型二階系統的單位階躍回響 116
3.3.3典型二階系統的瞬態性能指標 121
3.3.4二階系統瞬態性能的改善 130
3.4高階系統的時域分析 137
3.4.1三階系統的瞬態回響 137
3.4.2高階系統的瞬態回響 139
3.4.3主導極點 141
3.5線性控制系統的穩定性分析 143
3.5.1線性控制系統的穩定性 143
3.5.2線性控制系統穩定性的充分必要條件 144
3.5.3代數穩定性判據 145
3.6線性控制系統的穩態性能分析 156
3.6.1控制系統的誤差和穩態誤差 156
3.6.2穩態誤差分析 160
3.7利用MATLAB對控制系統進行時域分析 178
3.7.1用MATLAB對系統時域性能進行分析 179
3.7.2控制系統的時域回響 184
習題 193
第4章線性系統的根軌跡分析法 203
4.1引言 203
4.1.1根軌跡 204
4.1.2根軌跡的幅值和相角條件 207
4.1.3利用試探法確定根軌跡上的點 209
4.2繪製根軌跡的基本規則 210
4.2.1180°等相角根軌跡的繪製規則 210
4.2.20°等相角根軌跡的繪製規則 225
4.2.3參量根軌跡 226
4.2.4關於180°和0°等相角根軌跡的幾個問題 228
4.3控制系統根軌跡繪製示例 229
4.4基於根軌跡法的系統性能分析 239
4.4.1增加開環零、極點對根軌跡的影響 239
4.4.2條件穩定系統分析 242
4.4.3利用根軌跡估算系統的性能 244
4.4.4利用根軌跡計算系統的參數 246
4.5利用MATLAB分析根軌跡 249
習題 255
第5章線性系統的頻域分析法 262
5.1引言 262
5.2頻率特性的基本概念 262
5.2.1定義 262
5.2.2頻率特性的表示方法 265
5.3對數坐標圖 265
5.3.1對數坐標圖及其特點 265
5.3.2典型環節的對數坐標圖 267
5.3.3系統的對數頻率特性的繪製 275
5.3.4非最小相位系統對數坐標圖 278
5.3.5對數幅相圖 285
5.4極坐標圖 286
5.4.1典型環節的極坐標圖 286
5.4.2開環系統極坐標圖的繪製 291
5.4.3非最小相位系統的極坐標圖 293
5.4.4增加零、極點對極坐標圖的影響 296
5.5奈奎斯特穩定判據 301
5.5.1輻角原理 301
5.5.2奈奎斯特穩定判據 304
5.5.3開環系統含有積分環節時奈奎斯特穩定判據的套用 308
5.5.4奈奎斯特穩定判據在伯德圖中的套用 313
5.5.5對具有純延遲的系統的穩定性分析 313
5.6穩定裕度 316
5.7閉環系統的頻率特性 323
5.7.1用向量法繪製閉環頻率特性 324
5.7.2等幅值軌跡（等M圓）和等相角軌跡（等N圓） 325
5.7.3尼科爾斯圖 330
5.7.4非單位反饋系統的閉環頻率特性 332
5.8閉環系統性能分析 333
5.8.1利用頻率特性分析系統的穩態性能 333
5.8.2頻域性能指標與時域性能指標之間的關係 335
5.9利用MATLAB進行系統的頻域分析 344
5.9.1利用MATLAB繪製伯德圖（對數坐標圖） 344
5.9.2利用MATLAB繪製奈奎斯特圖（極坐標圖） 346
5.9.3利用MATLAB繪製尼科爾斯圖（對數幅相特性圖） 349
5.9.4利用MATLAB繪製具有延遲環節的系統的頻率特性 350
5.9.5利用MATLAB求系統的穩定裕度 353
5.9.6利用MATLAB求閉環頻率特性的諧振峰值、諧振頻率和
頻寬 354
習題 355
第6章線性控制系統的狀態空間分析 364
6.1引言 364
6.2線性定常系統的線性變換 364
6.2.1狀態變數模型的非唯一性 364
6.2.2狀態空間表達式的約當標準型 366
6.3線性定常系統的時間回響和狀態轉移矩陣 374
6.3.1齊次狀態方程的解 374
6.3.2非齊次狀態方程的解 378
6.3.3狀態轉移矩陣的計算 379
6.4系統的能控性和能觀測性 389
6.4.1線性定常連續系統的能控性 390
6.4.2線性定常連續系統的能觀測性 398
6.4.3能控性、能觀測性與傳遞函式的關係 404
6.4.4對偶原理 405
6.5狀態反饋與極點配置 407
6.5.1狀態反饋 407
6.5.2狀態反饋後閉環系統的能控性和能觀測性 408
6.5.3極點配置 409
6.6狀態估計與狀態觀測器 416
6.6.1觀測器的結構形式 417
6.6.2觀測器存在的條件 418
6.6.3全維觀測器的設計方法 419
6.6.4降維觀測器的設計 420
6.6.5由觀測器構成的閉環系統的基本特性 427
6.7利用MATLAB進行狀態空間分析 429
6.7.1利用MATLAB進行數學模型轉換 429
6.7.2利用MATLAB構造組合系統的狀態空間表達式 434
6.7.3利用MATLAB計算矩陣指數和時間回響 436
6.7.4利用MATLAB分析系統的能控性和能觀測性 438
6.7.5利用MATLAB設計狀態反饋和狀態觀測器 439
習題 442
第7章線性系統的設計方法 451
7.1引言 451
7.2校正裝置及其特性 453
7.2.1超前校正裝置的特性 453
7.2.2滯後校正裝置的特性 455
7.2.3滯後-超前校正裝置的特性 457
7.3基於伯德圖的系統校正 458
7.3.1基於伯德圖的相位超前校正 458
7.3.2基於伯德圖的相位滯後校正 462
7.3.3基於伯德圖的滯後-超前校正 464
7.3.4超前、滯後和滯後-超前校正的比較 466
7.4基於根軌跡的系統校正 467
7.4.1增加零、極點對根軌跡的影響 467
7.4.2基於根軌跡的相位超前校正 469
7.4.3基於根軌跡的相位滯後校正 472
7.5PID控制器 474
7.5.1比例控制器 475
7.5.2積分控制器 475
7.5.3比例積分控制器 476
7.5.4比例微分控制器 477
7.5.5比例積分微分控制器 477
習題 478
第8章線性離散控制系統分析 484
8.1引言 484
8.2信號的採樣 484
8.2.1採樣過程 484
8.2.2採樣定理 486
8.3信號的保持 488
8.3.1零階保持器 489
8.3.2一階保持器 490
8.4z變換 491
8.4.1z變換定義 491
8.4.2z變換方法 492
8.4.3z變換的基本定理 494
8.4.4z反變換 495
8.5脈衝傳遞函式 496
8.5.1脈衝傳遞函式的定義 497
8.5.2開環採樣系統的脈衝傳遞函式 498
8.5.3閉環採樣系統的脈衝傳遞函式 500
8.6離散控制系統的穩定性分析 502
8.6.1s平面和z平面的映射關係 502
8.6.2採樣控制系統的穩定性判據 503
8.6.3勞斯穩定性判據 505
8.7採樣控制系統的穩態誤差 507
8.8採樣系統的動態性能分析 510
8.9採樣控制系統的校正 513
8.9.1數字控制器的脈衝傳遞函式 513
8.9.2最少拍採樣控制系統的校正 514
習題 518
第9章非線性控制系統分析 521
9.1引言 521
9.1.1非線性系統的特點 521
9.1.2非線性系統的研究方法 524
9.2常見的典型非線性特性 525
9.3相平面法基礎 528
9.3.1線性系統的相軌跡 529
9.3.2相軌跡作圖方法 535
9.3.3由相平面圖求時間解 538
9.4非線性控制系統的相平面法分析 540
9.4.1具有分段線性的非線性系統 541
9.4.2繼電器型非線性系統 544
9.4.3速度反饋對非線性系統性能的影響 550
9.5描述函式 551
9.6用描述函式分析非線性系統 558
9.6.1自激振盪的確定 560
9.6.2描述函式方法的精確度 564
習題 565
附錄拉普拉斯變換 569
參考文獻 576
