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編輯推薦: |
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将MATLAB在控制系统分析与设计中的应用贯穿全书,使学生易学易懂。
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內容簡介: |
《自动控制原理》系统地介绍了经典控制理论的基本内容,着重于基于概念、基本原理和基本方法的阐述。全书共8章,内容包括绪论、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、根轨迹法、控制系统的频域分析、线性控制系统的校正与综合、离散控制系统以及非线性系统分析。
为了帮助读者深入理解经典控制理论的重要概念和分析方法,每章都精选了一定数量的例题;通过应用实例的讲解使得读者容易掌握MATLAB在控制系统实践中的应用。
《自动控制原理》可作为普通高等院校自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程、电子科学与技术、物联网工程、能源与动力工程、机械设计制造及其自动化等相关专业的本科生教材,也可供高职高专院校的相关专业选用,同时适合从事自动控制类的各专业工程技术人员自学和参考。
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目錄:
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前言
第1章绪论
1.1自动控制原理概述
1.1.1自动控制技术
1.1.2自动控制理论的发展
1.2基本控制方式
1.2.1基本概念
1.2.2开环控制
1.2.3闭环控制
1.2.4复合控制
1.3自动控制系统的分类
1.3.1线性系统与非线性系统
1.3.2连续系统和离散系统
1.4自动控制系统的性能要求
1.4.1稳定性
1.4.2快速性
1.4.3准确性
本章小结
习题1
第2章控制系统的数学模型
2.1控制系统的时域数学模型
2.1.1控制系统的微分方程
2.1.2控制系统的线性近似
2.2拉普拉斯变换
2.2.1拉普拉斯变换的定义
2.2.2拉普拉斯变换定理
2.2.3拉普拉斯反变换
2.3控制系统的复数域数学模型
2.3.1传递函数的定义和性质
2.3.2典型环节的传递函数
2.4框图及其等效变换
2.4.1框图的定义及组成
2.4.2框图的等效变换
2.4.3信号流图描述法
2.4.4系统的传递函数
2.5MATLAB在控制系统建模中的应用
2.5.1传递函数模型
2.5.2零极点模型
2.5.3控制系统模型间的相互转换
2.5.4控制系统连接框图的模型表示
本章小结
习题2
第3章控制系统的时域分析
3.1时域分析的基础
3.1.1典型输入信号
3.1.2典型时间响应
3.1.3时间响应的性能指标
3.2控制系统的时域分析法
3.2.1一阶系统的时域分析
3.2.2二阶系统的时域分析
3.2.3改善二阶系统响应的措施
3.2.4高阶系统的时域分析
3.3控制系统的稳定性分析
3.3.1稳定的基本概念
3.3.2系统稳定的充分必要条件
3.3.3系统的代数稳定判据
3.4控制系统的稳态误差计算
3.4.1误差与稳态误差
3.4.2给定输入作用下的稳态误差
3.4.3干扰信号作用下的稳态误差
3.5MATLAB在控制系统时域分析中的应用
3.5.1系统脉冲响应和单位阶跃响应
3.5.2系统单位斜坡响应
3.5.3任意输入的系统响应
3.5.4Simulink中时域响应举例
本章小结
习题3
第4章根轨迹法
4.1根轨迹的基本概念
4.1.1根轨迹的定义
4.1.2基于根轨迹的系统性能分析
4.1.3闭环零、极点与开环零、极点的关系
4.1.4根轨迹的幅值条件和相角条件
4.2绘制根轨迹的基本法则
4.3特殊根轨迹
4.3.1广义根轨迹
4.3.2零度根轨迹
4.3.3滞后系统的根轨迹
4.4系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系
4.4.1用闭环零极点表示的阶跃响应解析式
4.4.2闭环零极点分布与阶跃响应的定性关系
4.4.3主导极点与偶极子
4.4.4利用主导极点估算系统的性能指标
4.5增加开环零极点对根轨迹的影响
4.5.1增加开环零点对根轨迹的影响
4.5.2增加开环极点对根轨迹的影响
4.6MATLAB在根轨迹法中的应用
4.6.1绘制控制系统的根轨迹图
4.6.2由根轨迹图分析系统性能
本章小结
习题4
第5章控制系统的频域分析
5.1频率特性
5.1.1频率特性的基本概念
5.1.2频率特性的物理意义
5.1.3频率特性的图形表示
5.2控制系统的伯德图
5.2.1典型环节的伯德图
5.2.2绘制开环系统伯德图的一般步骤
5.2.3最小相角系统和非最小相角系统
5.3控制系统的极坐标图
5.3.1典型环节的极坐标图
5.3.2系统开环频率特性的绘制
5.4频域稳定判据
5.4.1奈奎斯特稳定判据的数学基础
5.4.2奈奎斯特稳定判据
5.4.3对数频率稳定判据
5.4.4奈奎斯特稳定判据在滞后系统中的应用
5.5稳定裕度
5.5.1相角裕度
5.5.2幅值裕度
5.6频率特性分析
5.6.1基于开环对数频率特性的系统性能分析
5.6.2基于闭环频率特性的系统性能分析
5.6.3开环频域指标和闭环频域指标的关系
5.7MATLAB在频域分析中的应用
本章小结
习题5
第6章线性控制系统的校正与综合
6.1系统设计与校正的基本问题
6.1.1校正的基本概念
6.1.2校正的基本方法
6.1.3校正的基本方式
6.1.4控制系统的性能指标
6.1.5频率法校正的特点
6.2串联校正
6.2.1串联微分(超前)校正
6.2.2串联积分(滞后)校正
6.2.3串联积分-微分(滞后-超前)校正
6.3反馈校正
6.3.1反馈校正的类型
6.3.2负反馈校正的特点
6.3.3反馈校正的分析与设计
6.4MATLAB在系统校正设计中的应用
6.4.1串联微分(超前)校正设计
6.4.2串联积分(滞后)校正设计
6.4.3串联积分-微分(滞后-超前)校正设计
本章小结
习题6
第7章离散控制系统
7.1离散控制系统的基本概念
7.1.1采样控制系统
7.1.2数字控制系统
7.1.3AD转换器和DA转换器
7.1.4离散控制系统的特点
7.1.5离散控制系统的研究方法
7.2信号的采样和保持
7.2.1信号采样
7.2.2采样定理
7.2.3零阶保持器
7.3z变换与z反变换
7.3.1z变换定义
7.3.2z变换方法
7.3.3z变换的基本性质
7.3.4z反变换
7.4离散系统的数学模型
7.4.1差分方程
7.4.2脉冲传递函数
7.4.3差分方程和脉冲传递函数的关系
7.4.4开环系统的脉冲传递函数
7.4.5闭环系统的脉冲传递函数
7.4.6z变换的局限性
7.5离散控制系统的性能分析
7.5.1离散控制系统的稳定性分析
7.5.2离散控制系统的动态性能分析
7.5.3离散控制系统的稳态误差分析
7.6离散系统的最少拍校正
7.6.1最少拍系统的基本概念
7.6.2最少拍系统的设计
7.7MATLAB在离散控制系统分析中的应用
本章小结
习题7
第8章非线性系统分析
8.1非线性系统概述
8.1.1非线性系统的动态特性
8.1.2非线性系统的研究方法
8.2非线性特性
8.2.1不灵敏区特性
8.2.2饱和特性
8.2.3间隙特性
8.2.4继电器特性
8.2.5变放大系数特性
8.3描述函数法
8.3.1描述函数的基本概念
8.3.2典型非线性特性的描述函数
8.3.3非线性系统的描述函数分析法
8.4相平面法
8.4.1相平面法的基本概念
8.4.2相轨迹的绘制
8.4.3相轨迹的运动时间
8.4.4非线性系统的相平面分析
8.5非线性特性的抑制与利用措施
8.5.1非线性特性的抑制
8.5.2非线性特性的利用
8.6利用MATLAB辅助分析描述函数法
本章小结
习题8
参考文献
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內容試閱:
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自动控制技术目前已经广泛应用于制造业、航空航天、军事、交通、农业和环境保护等众多领域,其研究对象就是实际的自动控制系统,而分析和设计自动控制系统的理论基础即是自动控制理论。自动控制理论一般分为经典控制理论和现代控制理论,本书系统而全面地阐述经典控制理论的基本内容,主要内容包括绪论、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、根轨迹法、控制系统的频域分析、线性控制系统的校正与综合、离散控制系统和非线性系统分析。
本书内容体现了科学性和实用性,每章都精选了一定数量的例题,并将MATLAB在控制系统分析与设计中的应用贯穿全书。本书的特点是注重理论与基本概念的阐述,运用工程数学原理分析和表达典型控制系统,将数学、工程知识和现代计算工具应用于解决复杂控制系统问题,通过应用实例的讲解使得读者容易掌握MATLAB在控制工程实践中的应用,包括理论分析、实验设计与数据处理。
各章后均附有习题,在学完每章后,读者可通过大量习题的练习进一步巩固所学的内容。
本书第1章和第3章由四川农业大学刘美琦、四川轻化工大学周波编写,第2章由四川农业大学许丽佳、陈晓燕编写,第4章由四川农业大学庞涛编写,第5章由四川农业大学许丽佳编写,第6章和第8章由四川大学罗航编写,第7章由四川农业大学许丽佳、庞涛和华侨大学黄诚惕编写。同时,在本书的编写过程中,唐座亮、辛波、陈衡、谢宏等研究生承担了部分章节的公式输入、图表的绘制和文字处理工作。本书由许丽佳负责制定编写大纲以及全书的组织和统稿。
本书在编写过程中参考了大量的国内外专著、教材和文献,在此,谨向有关著作者致以衷心的感谢;对在本书的编写过程中付出辛勤劳动和提供帮助的同仁们和研究生们表示真诚的谢意!由于编者水平所限,书中存在一些不足之处,恳请广大读者和同行专家批评、指正。
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