自動(dòng)控制理論

前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述
1.2.1 自動(dòng)控制的基本概念
1.2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成
1.2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式
1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類
1.3.1 按信號(hào)傳送特點(diǎn)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類
1.3.2 按給定信號(hào)特點(diǎn)分類
1.3.3 按數(shù)學(xué)描述分類
1.3.4 按時(shí)間信號(hào)的性質(zhì)分類
1.3.5 按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化分類
1.4 對(duì)控制系統(tǒng)的要求和本課程的主要任務(wù)
1.4.1 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求
1.4.2 本課程的主要任務(wù)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
1.5 本章小結(jié)
1.6 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)與脈沖響應(yīng)函數(shù)
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(hào)流圖與梅遜公式
2.5.1 信號(hào)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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)
2.6.2 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.7 控制系統(tǒng)中數(shù)學(xué)模型的MATLAB描述
2.7.1 傳遞函數(shù)模型
2.7.2 零極點(diǎn)模型
2.7.3 傳遞函數(shù)模型與零極點(diǎn)模型間的相互轉(zhuǎn)換
2.7.4 控制系統(tǒng)模型的連接
2.8 本章小結(jié)
2.9 習(xí)題
第3章 時(shí)域分析法
3.1 典型輸入信號(hào)和時(shí)域性能指標(biāo)
3.1.1 典型輸入信號(hào)
3.1.2 控制系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)
3.2 一階系統(tǒng)的時(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí)域分析
3.4.1 高階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)
3.4.2 系統(tǒng)階躍響應(yīng)與閉環(huán)零、極點(diǎn)關(guān)系的定性分析
3.4.3 閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)和偶極子
3.4.4 高階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能估算
3.5 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.5.1 穩(wěn)定性基本概念
3.5.2 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件
3.5.3 勞斯判據(jù)
3.5.4 赫爾維茨穩(wěn)定判據(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(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與靜態(tài)誤差系數(shù)
3.6.3 擾動(dòng)信號(hào)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(dòng)態(tài)誤差系數(shù)法計(jì)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(jìn)行時(shí)域響應(yīng)分析
3.7.1 MATLAB函數(shù)指令方式下的時(shí)域響應(yīng)分析
3.7.2 利用Simulink動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的時(shí)域響應(yīng)仿真
3.7.3 判別系統(tǒng)穩(wěn)定性
3.8 本章小結(jié)
3.9 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)的根軌跡與根軌跡族
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(diǎn)的確定
4.4.2 閉環(huán)零、極點(diǎn)分布與階躍響應(yīng)關(guān)系的定性分析
4.4.3 增加開(kāi)環(huán)零、極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響
4.5 用MATLAB繪制系統(tǒng)根軌跡圖
4.6 本章小結(jié)
4.7 習(xí)題
第5章 頻率特性分析法
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(hào)下穩(wěn)態(tài)誤差的計(jì)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(kāi)環(huán)頻率特性的繪制
5.3.1 開(kāi)環(huán)幅相頻率特性（極坐標(biāo)圖）的繪制
5.3.2 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性（伯德圖）的繪制
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 奈奎斯特判據(jù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
5.4.2 奈奎斯特判據(jù)
5.4.3 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中有積分環(huán)節(jié)時(shí)奈奎斯特判據(jù)的應(yīng)用
5.4.4 對(duì)數(shù)穩(wěn)定判據(jù)
5.5 控制系統(tǒng)的相對(duì)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(biāo)與時(shí)域性能指標(biāo)的關(guān)系
5.6.3 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性與時(shí)域響應(yīng)的關(guān)系
5.7 系統(tǒng)傳遞函數(shù)的實(shí)驗(yàn)確定法
5.7.1 用正弦信號(hào)相關(guān)分析法測(cè)試頻率特性
5.7.2 由伯德圖確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
5.8 MATLAB在頻域分析中的應(yīng)用
5.9 本章小結(jié)
5.1 0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 校正的一般概念
6.1.2 系統(tǒng)的性能指標(biāo)
6.1.3 系統(tǒng)的校正方式
6.1.4 校正裝置的設(shè)計(jì)方法
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?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?超前校正
6.3.4 PID校正
6.3.5 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(duì)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
6.6 本章小結(jié)
6.7 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
7.1.1 連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)
7.1.2 離散控制系統(tǒng)
7.2 信號(hào)的采樣與保持
7.2.1 采樣與采樣方式
7.2.2 采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)描述
7.2.3 采樣定理
7.2.4 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)
7.4.3 差分方程和脈沖傳遞函數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換
7.5 離散系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析
7.5.1 閉環(huán)極點(diǎn)的分布與動(dòng)態(tài)性能的關(guān)系
7.5.2 s平面與z平面的映射關(guān)系
7.5.3 離散控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)
7.6 離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
7.6.1 穩(wěn)定的充要條件
7.6.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù)
7.6.3 朱利穩(wěn)定判據(jù)
7.7 離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析
7.7.1 單位階躍輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差
7.7.2 單位斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差
7.7.3 單位拋物線輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差
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)及其設(shè)計(jì)
7.9 MATLAB在離散系統(tǒng)中的應(yīng)用
7.9.1 脈沖傳遞函數(shù)的建立
7.9.2 連續(xù)系統(tǒng)的離散化
7.9.3 離散系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)
7.1 0本章小結(jié)
7.1 1習(xí)題
第8章 非線性控制系統(tǒng)分析
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 典型非線性環(huán)節(jié)及其對(duì)系統(tǒng)的影響
8.1.3 非線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法
8.2 描述函數(shù)法
8.2.1 描述函數(shù)的基本概念
8.2.2 典型非線性特性的描述函數(shù)
8.2.3 用描述函數(shù)法分析非線性系統(tǒng)
8.2.4 非線性系統(tǒng)的簡(jiǎn)化
8.3 相平面法
8.3.1 相平面的基本概念
8.3.2 相軌跡的繪制
8.3.3 線性系統(tǒng)的相軌跡
8.3.4 奇點(diǎn)與奇線
8.3.5 非線性系統(tǒng)的相平面法分析
8.3.6 利用非線性特性改善系統(tǒng)的控制性能
8.4 MATLAB在非線性系統(tǒng)分析中的應(yīng)用
8.5 本章小結(jié)
8.6 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(xiàn)