自動控制原理

第1章 自動控制系統(tǒng)簡介
1.1 自動控制系統(tǒng)概述
1.1.1 歷史回顧
1.1.2 自動控制系統(tǒng)舉例
1.1.3 自動控制系統(tǒng)術(shù)語
1.2 開環(huán)控制與閉環(huán)控制
1.2.1 反饋控制系統(tǒng)
1.2.2 開環(huán)控制系統(tǒng)
1.2.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.2.4 開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的對比
1.3 自動控制系統(tǒng)的組成與工作原理
1.4 自動控制系統(tǒng)的類型
1.4.1 按照信號流向進行劃分
1.4.2 按照輸入信號進行劃分
1.4.3 按照是否與時間相關進行劃分
1.4.4 按照信號是否為脈沖形式進行劃分
1.4.5 按照輸入輸出量的數(shù)量進行劃分
1.5 對自動控制系統(tǒng)的基本要求
第2章 拉氏變換
2.1 復數(shù)與復變函數(shù)
2.1.1 復數(shù)與復變函數(shù)
2.1.2 歐拉公式
2.2 拉氏變換的基本定義
2.3 常用函數(shù)的拉氏變換
2.3.1 指數(shù)函數(shù)的拉氏變換
2.3.2 階躍函數(shù)的拉氏變換
2.3.3 斜坡函數(shù)的拉氏變換
2.3.4 正弦、余弦函數(shù)的拉氏變換
2.3.5 平移函數(shù)的拉氏變換
2.3.6 脈動函數(shù)的拉氏變換
2.3.7 脈沖函數(shù)的拉氏變換
2.4 拉氏變換的其他內(nèi)容
2.4.1 f(t)與e-at相乘
2.4.2 時間比例尺定理
2.4.3 拉氏積分收斂域
2.5 拉氏變換相關定理
2.5.1 疊加定理
2.5.2 實微分定理
2.5.3 實積分定理
2.5.4 復微分定理
2.5.5 卷積積分定理
2.5.6 初值定理
2.5.7 終值定理
2.5.8 延遲定理
2.5.9 復頻域的位移定理
2.6 拉氏反變換
2.6.1 拉氏反變換的定義
2.6.2 拉氏反變換
2.6.3 部分分式展開法
2.7 應用拉氏變換求解微分方程
2.8 應用MATLAB進行部分分式展開
2.8.1 用MATLAB進行部分分式展開
2.8.2 用MATLAB進行拉氏變換與反變換
第3章 自動控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
3.1 線性自動控制系統(tǒng)的微分方程
3.2 微分方程的線性化方法
3.3 傳遞函數(shù)與脈沖響應函數(shù)
3.3.1 傳遞函數(shù)的定義及其說明
3.3.2 脈沖響應函數(shù)
3.4 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
3.4.1 比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
3.4.2 積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
3.4.3 微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
3.4.4 慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
3.4.5 一階微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
3.4.6 振蕩環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
3.4.7 延遲環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)
3.5 方框圖
3.5.1 方框圖的定義
3.5.2 方框圖的構(gòu)成
3.5.3 環(huán)節(jié)之間的連接
3.5.4 閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖
3.5.5 方框圖的簡化與變換
3.6 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
3.6.1 開環(huán)傳遞函數(shù)與前向傳遞函數(shù)
3.6.2 閉環(huán)傳遞函數(shù)
3.6.3 誤差傳遞函數(shù)
3.7 應用MATLAB求解串聯(lián)、并聯(lián)與閉環(huán)傳遞函數(shù)
3.8 建立與化簡控制系統(tǒng)數(shù)學模型實例
第4章 時域分析
4.1 時域響應
4.1.1 時域響應的定義
4.1.2 典型試驗信號
4.1.3 瞬態(tài)響應與穩(wěn)態(tài)響應
4.2 時域響應的性能指標
4.2.1 穩(wěn)態(tài)性能指標
4.2.2 動態(tài)性能指標
4.3 系統(tǒng)的穩(wěn)定性
4.3.1 穩(wěn)定性的定義
4.3.2 絕對穩(wěn)定性與相對穩(wěn)定性
4.3.3 系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
4.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定
4.4.1 勞斯判據(jù)
4.4.2 赫爾維茨判據(jù)
4.4.3 系統(tǒng)參數(shù)對穩(wěn)定性的影響
4.4.4 不穩(wěn)定系統(tǒng)的改進
4.5 一階系統(tǒng)的時域響應
4.5.1 單位階躍響應
4.5.2 單位斜坡響應
4.5.3 單位脈沖響應
4.5.4 線性定常系統(tǒng)的特性
4.6 二階系統(tǒng)的時域響應
4.6.1 二階系統(tǒng)的定義與模型
4.6.2 單位階躍響應
4.6.3 二階系統(tǒng)與瞬態(tài)響應指標
4.6.4 單位脈沖響應
4.7 穩(wěn)態(tài)誤差
4.7.1 誤差與穩(wěn)態(tài)誤差
4.7.2 系統(tǒng)類型的劃分
4.7.3 穩(wěn)態(tài)誤差分析
4.7.4 穩(wěn)態(tài)誤差的計算
4.7.5 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
4.7.6 提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的方法
4.8 給定信號下的穩(wěn)態(tài)誤差與誤差系數(shù)
4.8.1 階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)位置誤差系數(shù)Kp
4.8.2 斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv
4.8.3 加速度輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)加速度誤差系數(shù)Ka
4.9 應用MATLAB和Simulink進行瞬態(tài)響應分析
4.9.1 單位階躍響應
4.9.2 單位斜坡響應
4.9.3 單位脈沖響應
4.9.4 任意信號下的響應
4.9.5 根據(jù)傳遞函數(shù)求系統(tǒng)響應
4.9.6 階躍響應的性能指標
4.9.7 應用Simulink進行建模與仿真
第5章 根軌跡分析法
5.1 根軌跡的基本概念
5.1.1 根軌跡的定義
5.1.2 根軌跡方程與幅角條件和幅值條件
5.2 繪制根軌跡圖的一般規(guī)則
5.3 廣義根軌跡
5.3.1 參數(shù)根軌跡
5.3.2 零度根軌跡
5.4 系統(tǒng)性能分析
5.4.1 確定閉環(huán)極點
5.4.2 應用閉環(huán)主導極點估算系統(tǒng)性能指標
5.4.3 開環(huán)零點對根軌跡的影響
5.4.4 開環(huán)極點對根軌跡的影響
5.5 應用MATLAB繪制根軌跡圖
5.6 根軌跡圖繪制實例
第6章 頻域分析
6.1 頻率特性基礎
6.1.1 頻率特性的定義與求取
6.1.2 頻率特性均幾何表示
6.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
6.2.1 比例環(huán)節(jié)的頻率特性
6.2.2 積分環(huán)節(jié)的頻率特性
6.2.3 微分環(huán)節(jié)的頻率特性
6.2.4 慣性環(huán)節(jié)的頻率特性
6.2.5 振蕩環(huán)節(jié)的頻率特性
6.2.6 延遲環(huán)節(jié)的頻率特性
6.3 開環(huán)頻率特性
6.3.1 開環(huán)頻率特性的定義
6.3.2 繪制系統(tǒng)伯德圖
6.3.3 繪制系統(tǒng)奈奎斯特圖
6.3.4 最小相位系統(tǒng)與非最小相位系統(tǒng)
6.4 閉環(huán)頻率特性
6.4.1 閉環(huán)頻率特性的定義
6.4.2 等M圓(等幅值軌跡)
6.4.3 等N圓(等相角軌跡)
6.4.4 應用等M圓和等N圓求單位反饋系統(tǒng)頻率特性
6.4.5 應用等M圓和等N圓求非單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性
6.5 頻率特性與系統(tǒng)性能的關系
6.5.1 開環(huán)頻率特性與時域響應的關系
6.5.2 閉環(huán)頻域性能指標與時域性能指標的關系
6.6 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定
6.6.1 奈奎斯特判據(jù)理論基礎
6.6.2 奈奎斯特判據(jù)的應用
6.6.3 對數(shù)穩(wěn)定判據(jù)
6.7 相對穩(wěn)定性
6.7.1 增益裕量(即幅值裕量)
6.7.2 相位裕量(即相角裕量)
6.8 應用MATLAB進行頻域特性分析
6.8.1 伯德圖
6.8.2 奈奎斯特圖
第7章 系統(tǒng)的校正與設計
7.1 系統(tǒng)性能指標
7.1.1 時域性能指標
7.1.2 頻域性能指標
7.1.3 綜合性能指標
7.1.4 性能指標之間的關系
7.2 系統(tǒng)校正
7.2.1 系統(tǒng)校正的定義
7.2.2 系統(tǒng)校正的方式
7.3 線性系統(tǒng)基本控制規(guī)律(PID)
7.3.1 比例控制(P)
7.3.2 比例—微分控制(PD)
7.3.3 積分控制(Ⅰ)
7.3.4 比例—積分—微分控制(PID)
7.4 校正裝置及其特性與功能
7.4.1 超前校正裝置
7.4.2 滯后校正裝置
7.4.3 滯后超前校正裝置
7.5 用頻率法進行系統(tǒng)串聯(lián)校正
7.5.1 超前校正
7.5.2 滯后校正
7.5.3 滯后—超前校正
7.6 應用MATLAB和Simulink進行線性系統(tǒng)設計
7.6.1 超前校正
7.6.2 滯后校正
7.6.3 用Simulink進行線性系統(tǒng)設計與校正
第8章 采樣控制系統(tǒng)基礎
8.1 初識離散系統(tǒng)
8.1.1 數(shù)字控制系統(tǒng)
8.1.2 計算機控制系統(tǒng)
8.2 采樣
8.2.1 采樣過程
8.2.2 采樣定理
8.2.3 采樣保持器
8.3 Z變換
8.3.1 Z變換的定義
8.3.2 Z變換的方法
8.3.3 Z變換的性質(zhì)
8.3.4 Z變換的反變換
8.4 脈沖傳遞函數(shù)
8.4.1 脈沖傳遞函數(shù)的定義
8.4.2 開環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)
8.4.3 閉環(huán)系統(tǒng)的脈，中傳遞函數(shù)
8.5 閉環(huán)極點與動態(tài)特性的關系
8.5.1 實數(shù)極點
8.5.2 復數(shù)極點
8.6 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
8.6.1 z平面內(nèi)的穩(wěn)定條件
8.6.2 z平面與s平面的對應關系
8.6.3 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
8.6.4 朱利穩(wěn)定判據(jù)
8.7 單位輸入下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.1 單位階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.2 單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.3 單位加速度輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差
8.8 MATLAB在采樣控制系統(tǒng)中的應用
8.8.1 連續(xù)系統(tǒng)的離散化
8.8.2 求解系統(tǒng)的響應
第9章 自動控制原理實驗指導
9.1 模擬典型環(huán)節(jié)
9.2 二階系統(tǒng)時域響應
9.3 三階系統(tǒng)時域響應
9.4 PID控制器的輸出
參考文獻