工程控制基礎(第3版)

第1章緒論

1.1引言

1.2自動控制發展概況

1.3自動控制系統的基本原理和組成

1.3.1自動控制系統

1.3.2反饋原理與優化設計

1.3.3自動控制系統的組成

1.4自動控制系統的分類

1.4.1按信號的傳遞路徑來分

1.4.2按系統輸出信號的變化規律來分

1.4.3按系統傳輸信號的性質來分

1.4.4按系統的輸入輸出特性來分

1.5控制系統實例

1.5.1內燃機的轉速控制系統

1.5.2角度隨動系統 

1.6本書概貌

人民科學家——錢學森

知識點自測

習題

第2章控制系統的數學模型

2.1控制系統的時域數學模型——微分方程

2.1.1系統的微分方程舉例 

2.1.2非線性系統的線性化 

2.2控制系統的復域數學模型——傳遞函數

2.2.1傳遞函數定義

2.2.2傳遞函數性質

2.3控制系統的頻域數學模型——頻率特性

2.4典型環節及其傳遞函數

2.4.1比例環節

2.4.2微分環節

2.4.3積分環節

2.4.4慣性環節（非周期環節）

2.4.5振蕩環節

2.4.6時間延遲環節（時滯環節）

2.5控制系統的方框圖

2.5.1系統方框圖 

2.5.2方框圖的基本運算法則

2.5.3系統常用的傳遞函數

2.5.4方框圖的簡化法則

2.6信號流圖

2.6.1幾個定義

2.6.2信號流圖的性質及運算法則

2.6.3信號流圖與方框圖之間等效關系

2.6.4梅森公式

2.7物理元件和系統的數學模型

2.7.1機械系統 

2.7.2電氣系統

2.7.3熱力系統

2.7.4液位系統

2.7.5典型位置隨動系統的數學模型

2.8MATLAB在系統數學模型轉換中的應用

2.8.1MATLAB中傳遞函數的分式多項式的表示

2.8.2傳遞函數的零極點表示

2.8.3用MATLAB計算系統的傳遞函數

2.8.4MATLAB中多項式與因式分解形式的互相轉換

小結

中國空間站簡介

知識點自測

習題 

第3章自動控制系統的時域分析

3.1典型測試信號

3.1.1階躍信號 

3.1.2速度（斜坡）信號

3.1.3加速度（拋物線）信號

3.1.4脈沖信號

3.1.5正弦信號

3.2控制系統的穩定性分析

3.2.1穩定性的基本概念

3.2.2線性定常系統穩定的充分必要條件

3.2.3勞斯穩定性判據

3.2.4用MATLAB分析系統的穩定性

3.3控制系統的穩態特性——穩態誤差分析

3.3.1穩態誤差和控制系統類型

3.3.2穩態誤差系數和穩態誤差計算

3.3.3幾點結論

3.4控制系統的動態特性——動態響應分析

3.4.1控制系統動態響應指標

3.4.2一階系統的動態響應

3.4.3二階系統動態響應的描述參數

3.4.4二階系統的單位階躍響應

3.4.5二階系統的動態響應指標

3.4.6二階系統的參數優化

3.5高階系統的動態響應

3.5.1高階系統動態響應的特點

3.5.2主導極點和偶極子

3.6利用MATLAB分析系統性能

3.6.1step命令

3.6.2impulse命令

3.6.3lsim命令

小結

數學家——愛德華·約翰·勞斯

知識點自測

習題

第4章根軌跡法

4.1閉環系統的根軌跡

4.1.1根軌跡的定義 

4.1.2根軌跡的幅值條件和相角條件

4.2繪制根軌跡的基本規則

4.2.1繪制根軌跡的基本規則和步驟

4.2.2開環零、極點的變化對根軌跡的影響

4.3根軌跡在系統參數優化中的應用

4.3.1用根軌跡分析閉環主導極點

4.3.2用根軌跡優化系統的主導極點

4.4用MATLAB繪制根軌跡

小結

根軌跡法的創始人——沃爾特·理查德·伊文思

知識點自測

習題

第5章線性系統的頻域分析——頻率響應法

5.1頻率特性

5.1.1線性定常系統對正弦輸入信號的響應

5.1.2系統的頻率特性

5.1.3頻率特性的性質

5.2頻率特性圖

5.2.1頻率特性的極坐標圖（奈氏圖）

5.2.2典型環節的奈氏圖

5.2.3對數頻率特性圖（伯德圖）

5.2.4基本因子的伯德圖

5.2.5控制系統的伯德圖

5.2.6最小相位系統和非最小相位系統

5.2.7對數幅相特性圖

5.2.8用MATLAB作頻率特性圖

5.3頻域中的穩定性判據

5.3.1引言

5.3.2幅角原理

5.3.3奈氏穩定性判據

5.3.4伯德圖的奈氏判據

5.4根據伯德圖求系統傳遞函數

5.5基於頻率特性的性能分析與優化設計

5.5.1開環頻率特性的性能指標

5.5.2穩定裕量

5.5.3開環頻域指標與時域性能指標的關系

5.5.4基於閉環頻率特性的系統性能分析

5.5.5從尼科爾斯圖求閉環系統的頻域指標

5.5.6用MATLAB分析系統的動態性能

小結

現代控制理論與電子通信先驅——亨德裏克·韋德·伯德

知識點自測

習題

第6章線性控制系統的設計

6.1引言

6.2不同域中系統動態性能指標的相互關系

6.3串聯校正

6.3.1相位超前校正

6.3.2相位滯後校正

6.3.3相位超前滯後校正

6.3.4有源校正網絡

6.3.5不希望極點的抵消

6.4局部反饋校正

6.4.1局部反饋校正的基本原理

6.4.2速度反饋

6.4.3速度微分反饋

6.5PID控制器

6.5.1比例積分控制

6.5.2比例微分控制

6.5.3比例積分微分控制

6.5.4PID 的參數優化

6.5.5PID控制的實現

6.6前饋補償與復合控制

6.6.1按輸入補償的復合控制系統

6.6.2按擾動補償的復合控制系統

小結

數字通信時代的引路人——哈裏·奈奎斯特

知識點自測

習題

第7章非線性反饋控制系統

7.1非線性控制系統概述

7.1.1典型非線性特性

7.1.2非線性系統的特點

7.2描述函數法

7.2.1描述函數的基本概念

7.2.2典型非線性特性的描述函數

7.2.3組合非線性特性的描述函數

7.2.4非線性系統的描述函數分析

7.3相平面法

7.3.1相軌跡的基本概念

7.3.2奇點和極限環

7.3.3相軌跡的繪制

7.3.4非線性系統的相平面分析

7.4利用非線性特性優化系統的性能

7.5MATLAB在非線性控制系統中的應用

小結

控制論創始人——諾伯特·維納

知識點自測

習題

第8章計算機控制系統

8.1概述

8.2計算機控制系統的硬件組成

8.3采樣與恢復

8.3.1采樣過程

8.3.2采樣定理

8.3.3信號恢復

8.4z變換

8.4.1z變換的定義

8.4.2z變換的基本性質

8.4.3z變換的求法

8.4.4z反變換的求法

8.5脈沖傳遞函數

8.5.1數字部分的脈沖傳遞函數

8.5.2連續部分的脈沖傳遞函數

8.5.3采樣器位置的重要性

8.5.4閉環脈沖傳遞函數

8.6離散控制系統的性能分析

8.6.1離散控制系統的穩定性分析

8.6.2離散控制系統的動態性能分析

8.6.3離散控制系統的穩態性能分析

8.7數字控制器的設計

8.7.1數字控制器的模擬化設計

8.7.2數字控制器的直接設計

8.8MATLAB在離散控制系統中的應用

小結

信息論之父——克勞德·艾爾伍德·香農

知識點自測

習題

附錄1常見系統的根軌跡

附錄2拉氏變換及z變換表

附錄3常用校正裝置

參考文獻