自動控制原理

第1章 自動控制概論
　1.1 引言
　　1.1.1 自動控制理論及應(yīng)用
　　1.1.2 自動控制理論的發(fā)展史
　1.2 自動控制的基本原理
　　1.2.1 自動控制的基本概念
　　1.2.2 自動控制系統(tǒng)的基本組成
　　1.2.3 自動控制的基本方式
　1.3 自動控制系統(tǒng)的分類
　1.4 自動控制理論概要
　　1.4.1 對自動控制系統(tǒng)的基本要求
　　1.4.2 典型輸入信號
　　1.4.3 本課程的主要任務(wù)與控制系統(tǒng)的設(shè)計原則
　本章小結(jié)
　習(xí)題
第2章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
　2.1 引言
　2.2 微分方程
　　2.2.1 線性系統(tǒng)微分方程的建立
　　2.2.2 非線性特性的線性化
　　2.2.3 微分方程的求解
　2.3 傳遞函數(shù)
　　2.3.1 傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)
　　2.3.2 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)
　2.4 結(jié)構(gòu)圖及其等效變換
　　2.4.1 結(jié)構(gòu)圖的基本概念
　　2.4.2 結(jié)構(gòu)圖的建立
　　2.4.3 結(jié)構(gòu)圖的等效變換
　2.5 信號流圖與梅遜公式
　　2.5.1 信號流圖的基本概念
　　2.5.2 梅遜公式及其應(yīng)用
　2.6 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
　　2.6.1 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)
　　2.6.2 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
　2.7 脈沖響應(yīng)函數(shù)
　　2.7.1 基本概念
　　2.7.2 脈沖響應(yīng)函數(shù)的應(yīng)用
　2.8 MATLAB中數(shù)學(xué)模型的表示
　　2.8.1 傳遞函數(shù)模型（TF模型）
　　2.8.2 控制系統(tǒng)的零極點模型（ZPK模型）
　　2.8.3 傳遞函數(shù)的特征根及零極點圖
　　2.8.4 控制系統(tǒng)模型的連接
　本章小結(jié)
　習(xí)題
第3章 控制系統(tǒng)的時域分析
　3.1 控制系統(tǒng)的時域性能指標
　　3.1.1 暫態(tài)性能指標
　　3.1.2 穩(wěn)態(tài)性能指標
　3.2 一階系統(tǒng)的時域分析
　　3.2.1 數(shù)學(xué)模型
　　3.2.2 單位階躍響應(yīng)
　　3.2.3 單位脈沖響應(yīng)
　　3.2.4 單位斜坡響應(yīng)
　3.3 二階系統(tǒng)的時域分析
　　3.3.1 數(shù)學(xué)模型
　　3.3.2 單位階躍響應(yīng)
　　3.3.3 單位脈沖響應(yīng)
　　3.3.4 具有零點的二階系統(tǒng)分析
　　3.3.5 二階系統(tǒng)的性能改善
　3.4 高階系統(tǒng)的時域分析
　　3.4.1 典型三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)
　　3.4.2 高階系統(tǒng)暫態(tài)晌應(yīng)分析
　3.5 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
　　3.5.1 穩(wěn)定性的基本概念
　　3.5.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
　　3.5.3 赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)
　　3.5.4 勞斯判據(jù)
　　3.5.5 穩(wěn)定判據(jù)的應(yīng)用
　3.6 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
　　3.6.1 誤差與穩(wěn)態(tài)誤差的定義
　　3.6.2 給定信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)誤差系數(shù)
　　3.6.3 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系
　　3.6.4 用動態(tài)誤差系數(shù)法計算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
　　3.6.5 提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的措施
　3.7 用MATLAB進行時域響應(yīng)分析
　　3.7.1 單位階躍響應(yīng)
　　3.7.2 單位脈沖響應(yīng)
　　3.7.3 斜坡函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應(yīng)
　　3.7.4 任意函數(shù)作用下系統(tǒng)的響應(yīng)
　　3.7.5 判別系統(tǒng)穩(wěn)定性
　本章小結(jié)
　習(xí)題
第4章 根軌跡分析法
　4.1 根軌跡的基本概念
　　4.1.1 根軌跡的定義
　　4.1.2 根軌跡方程
　4.2 繪制根軌跡的基本法則
　4.3 廣義根軌跡
　　4.3.1 零度根軌跡
　　4.3.2 參量根軌跡
　　4.3.3 多回路系統(tǒng)的根軌跡與根軌跡簇
　4.4 控制系統(tǒng)的根軌跡分析
　　4.4.1 閉環(huán)系統(tǒng)零、極點的確定
　　4.4.2 閉環(huán)零、極點分布與階躍響應(yīng)關(guān)系的定性分析
　　4.4.3 增加開環(huán)零、極點對根軌跡的影響
　4.5 用MATLAB繪制系統(tǒng)根軌跡圖
　本章小結(jié)
　習(xí)題
第5章 控制系統(tǒng)的頻率特性法
　5.1 頻率特性的基本概念
　　5.1.1 頻率特性的定義
　　5.1.2 頻率特性和傳遞函數(shù)的關(guān)系
　　5.1.3 正弦輸入信號下穩(wěn)態(tài)誤差的計算
　　5.1.4 頻率特性的表示方法
　5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
　5.3 系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的繪制
　　5.3.1 開環(huán)幅相頻率特性的繪制（極坐標圖）
　　5.3.2 開環(huán)對數(shù)頻率特性的繪制（Bode圖）
　　5.3.3 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)
　5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)　
　　5.4.1 奈氏判據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
　　5.4.2 奈奎斯特判據(jù)
　　5.4.3 開環(huán)傳遞函數(shù)中有積分環(huán)節(jié)時奈氏判據(jù)的應(yīng)用
　　5.4.4 對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)
　5.5 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性
　5.6 用頻率特性分析系統(tǒng)品質(zhì)
　　5.6.1 閉環(huán)頻率特性及其特征量
　　5.6.2 頻域性能指標與時域性能指標的關(guān)系
　　5.6.3 開環(huán)對數(shù)頻率特性與時域響應(yīng)的關(guān)系
　5.7 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的實驗確定法
　　5.7.1 用正弦信號相關(guān)分析法測試頻率特性
　　5.7.2 由Bode圖確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
　5.8 MATLAB在頻域分析中的應(yīng)用
　　5.8.1 Bode圖
　　5.8.2 Nyquist圖
　本章小結(jié)
　習(xí)題
第6章 控制系統(tǒng)的校正
　6.1 系統(tǒng)校正的基本概念
　　6.1.1 系統(tǒng)的性能指標
　　6.1.2 系統(tǒng)的校正方式
　　6.1.3 基本控制規(guī)律
　6.2 常用校正裝置及其特性
　　6.2.1 超前校正裝置
　　6.2.2 滯后校正裝置
　　6.2.3 滯后一超前校正裝置
　6.3 頻率法串聯(lián)校正
　　6.3.1 串聯(lián)超前校正
　　6.3.2 串聯(lián)滯后校正
　　6.3.3 串聯(lián)滯后一超前校正
　　6.3.4 串聯(lián)綜合法（期望特性法）校正
　6.4 頻率法反饋校正
　　6.4.1 反饋校正對系統(tǒng)特性的影響
　　6.4.2 綜合法反饋校正
　6.5 MATLAB在系統(tǒng)校正中的應(yīng)用
　　6.5.1 超前校正
　　6.5.2 滯后校正
　　6.5.3 PID校正
　本章小結(jié)
　習(xí)題
第7章 線性離散控制系統(tǒng)
　7.1 離散控制系統(tǒng)概述
　7.2 信號的采樣與保持
　　7.2.1 采樣過程的數(shù)學(xué)描述
　　7.2.2 采樣定理
　　7.2.3 零階保持器
　7.3 z變換
　　7.3.1 z變換的定義
　　7.3.2 z變換的求法
　　7.3.3 z變換的基本定理
　　7.3.4 z反變換
　7.4 離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
　　7.4.1 線性常系數(shù)差分方程
　　7.4.2 脈沖傳遞函數(shù)
　7.5 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
　　7.5.1 離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
　　7.5.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
　　7.5.3 朱利穩(wěn)定判據(jù)
　7.6 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析
　　7.6.1 單位階躍輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
　　7.6.2 單位斜坡輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
　　7.6.3 單位拋物線輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
　7.7 離散系統(tǒng)的動態(tài)性能分析
　　7.7.1 離散控制系統(tǒng)的時間響應(yīng)及性能指標
　　7.7.2 閉環(huán)極點的分布與動態(tài)性能的關(guān)系
　7.8 離散系統(tǒng)的校正
　　7.8.1 校正方式
　　7.8.2 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)
　　7.8.3 最少拍系統(tǒng)及設(shè)計
　7.9 MATLAB在離散系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　7.9.1 連續(xù)系統(tǒng)的離散化
　　7.9.2 離散系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)
　本章小結(jié)
　習(xí)題
第8章 非線性控制系統(tǒng)
　8.1 非線性控制系統(tǒng)概述
　　8.1.1 非線性系統(tǒng)的特征
　　8.1.2 非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法
　8.2 典型非線性環(huán)節(jié)及其對系統(tǒng)的影響
　　8.2.1 死區(qū)（不靈敏區(qū)）特性
　　8.2.2 飽和特性
　　8.2.3 間隙（回環(huán)）特性
　　8.2.4 繼電特性
　　8.2.5 變放大系數(shù)特性
　　8.2.6 帶死區(qū)的飽和特性
　8.3 描述函數(shù)法　
　　8.3.1 描述函數(shù)的基本概念
　　8.3.2 典型非線性特性的描述函數(shù)
　8.4 用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)
　　8.4.1 負倒描述函數(shù)
　　8.4.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)在非線性系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　8.4.3 自持振蕩分析
　　8.4.4 非線性系統(tǒng)的簡化
　8.5 相平面法
　　8.5.1 相平面的基本概念
　　8.5.2 相軌跡的繪制
　　8.5.3 線性系統(tǒng)的相軌跡
　　8.5.4 奇點與奇線
　　8.5.5 由相軌跡求取日寸間間隔
　8.6 非線性系統(tǒng)的相平面法分析
　　8.6.1 非本質(zhì)性非線性系統(tǒng)
　　8.6.2 本質(zhì)性非線性系統(tǒng)
　本章小結(jié)
　習(xí)題
附錄
　附錄A 常用函數(shù)的拉普拉斯變換表
　附錄B 拉普拉斯變換的一些定理
　附錄C 常用函數(shù)的z變換表
參考文獻