- 电子工业出版社
- 9787121503740
- 1-1
- 568613
- 平塑
- 16开
- 2025-06
- 294
- 184
- 工学
- 自动化类
- 电气自动化技术
- 本科 高职 研究生及以上
内容简介
本书是根据教育部对应用型高等学校本科毕业要求及自动控制原理课程要求编写的。全书共6章，每章包括课程思政引例、学习目标、知识点介绍、典型例题及其参考答案、MATLAB应用、应用案例、小结、习题等组成部分，书末还附有附录及参考文献，以便学生在学习本课程时查阅。本书引入的MATLAB便于学生利用其进行复杂的数值计算和仿真，从而解决各种科学问题和工程问题。
目录
目 录
第1章 概论 1
1.1 概述 2
1.1.1 基本概念 2
1.1.2 自动控制系统的基本组成 2
1.1.3 自动控制系统的分类 3
1.1.4 自动控制系统的性能要求 7
1.2 自动控制理论发展简史 8
应用案例1 电液伺服系统 9
小结 10
习题 10
第2章 控制系统的数学模型 12
2.1 系统的微分方程 13
2.1.1 电气电子系统 13
2.1.2 机械系统 15
2.1.3 非线性系统的线性化 17
2.2 系统的传递函数 20
2.2.1 传递函数的定义和性质 20
2.2.2 传递函数的零点和极点 22
2.2.3 典型环节的传递函数 23
2.3 系统的结构图 24
2.3.1 结构图的构成和绘制 24
2.3.2 结构图的等效变换 25
2.4 系统的信号流图 28
2.4.1 信号流图的绘制 29
2.4.2 梅森公式 29
2.5 MATLAB用于控制系统建模 31
应用案例2 吊车双摆控制系统 33
小结 35
习题 36
第3章 控制系统的时域分析法 41
3.1 控制系统的典型输入信号与性能指标 42
3.1.1 控制系统的典型输入信号 42
3.1.2 控制系统的性能指标 43
3.2 一阶系统的性能分析 44
3.2.1 一阶系统的数学模型 44
3.2.2 一阶系统的响应 44
3.3 二阶系统的性能分析 47
3.3.1 二阶系统的数学模型 47
3.3.2 二阶系统的响应 48
3.3.3 二阶系统的动态性能指标 50
3.3.4 零点、极点对二阶系统动态性能的影响 52
3.4 线性系统的稳定性分析 54
3.4.1 线性系统的稳定性判据 54
3.4.2 线性系统的稳定性判据的应用 58
3.5 线性系统的稳态误差分析 58
3.5.1 线性系统的给定稳态误差 60
3.5.2 线性系统的扰动稳态误差 62
3.5.3 减小稳态误差的方法 63
3.6 MATLAB用于时域分析法 63
应用案例3 新型电动轮椅速度控制系统 66
小结 68
习题 68
第4章 控制系统的根轨迹分析法 71
4.1 根轨迹的基本概念 71
4.1.1 根轨迹的定义 72
4.1.2 根轨迹方程 72
4.2 根轨迹图绘制的基本法则 74
4.2.1 180°根轨迹 75
4.2.2 0°根轨迹 82
4.2.3 参数根轨迹 84
4.3 利用根轨迹分析系统性能 85
4.3.1 在根轨迹上确定特征根 85
4.3.2 根轨迹与系统性能的关系 86
4.3.3 开环零点、开环极点对系统根轨迹的影响 86
4.3.4 主导极点与偶极子 87
4.4 MATLAB用于根轨迹分析法 88
应用案例4 直线一级倒立摆系统 91
小结 92
习题 92
第5章 控制系统的频域分析法 95
5.1 频率特性概述 96
5.1.1 频率特性的基本概念 97
5.1.2 频率特性的物理意义 99
5.1.3 频率特性的表示方法 100
5.2 控制系统的奈奎斯特图 102
5.2.1 典型环节的奈奎斯特图 102
5.2.2 系统开环奈奎斯特图的绘制 106
5.3 控制系统的伯德图 112
5.3.1 典型环节的伯德图 112
5.3.2 系统开环伯德图的绘制 114
5.4 频域稳定判据 117
5.4.1 稳定判据的数学基础 117
5.4.2 奈奎斯特稳定判据 121
5.4.3 对数频率稳定判据 123
5.5 稳定裕度 126
5.5.1 相位裕度 126
5.5.2 幅值裕度 127
5.6 控制系统的频率特性分析 130
5.6.1 基于开环对数频率特性的系统性能分析 130
5.6.2 基于闭环频率特性的系统性能分析 132
5.6.3 开环和闭环性能指标之间的关系 134
5.7 MATLAB用于频域分析法 135
应用案例5 中国空间站机械臂控制系统 137
小结 139
习题 140
第6章 控制系统的校正方法 143
6.1 校正的基本概念及常用的校正方法 144
6.1.1 校正的基本概念 144
6.1.2 常用的校正方法 144
6.2 串联校正 146
6.2.1 超前校正 147
6.2.2 滞后校正 151
6.2.3 滞后-超前校正 153
6.2.4 PID校正 156
6.3 MATLAB用于控制系统校正 163
应用案例6 自动喷涂机器人控制系统 167
小结 169
习题 169
附录A 拉普拉斯变换简表 172
参考文献 174
第1章 概论 1
1.1 概述 2
1.1.1 基本概念 2
1.1.2 自动控制系统的基本组成 2
1.1.3 自动控制系统的分类 3
1.1.4 自动控制系统的性能要求 7
1.2 自动控制理论发展简史 8
应用案例1 电液伺服系统 9
小结 10
习题 10
第2章 控制系统的数学模型 12
2.1 系统的微分方程 13
2.1.1 电气电子系统 13
2.1.2 机械系统 15
2.1.3 非线性系统的线性化 17
2.2 系统的传递函数 20
2.2.1 传递函数的定义和性质 20
2.2.2 传递函数的零点和极点 22
2.2.3 典型环节的传递函数 23
2.3 系统的结构图 24
2.3.1 结构图的构成和绘制 24
2.3.2 结构图的等效变换 25
2.4 系统的信号流图 28
2.4.1 信号流图的绘制 29
2.4.2 梅森公式 29
2.5 MATLAB用于控制系统建模 31
应用案例2 吊车双摆控制系统 33
小结 35
习题 36
第3章 控制系统的时域分析法 41
3.1 控制系统的典型输入信号与性能指标 42
3.1.1 控制系统的典型输入信号 42
3.1.2 控制系统的性能指标 43
3.2 一阶系统的性能分析 44
3.2.1 一阶系统的数学模型 44
3.2.2 一阶系统的响应 44
3.3 二阶系统的性能分析 47
3.3.1 二阶系统的数学模型 47
3.3.2 二阶系统的响应 48
3.3.3 二阶系统的动态性能指标 50
3.3.4 零点、极点对二阶系统动态性能的影响 52
3.4 线性系统的稳定性分析 54
3.4.1 线性系统的稳定性判据 54
3.4.2 线性系统的稳定性判据的应用 58
3.5 线性系统的稳态误差分析 58
3.5.1 线性系统的给定稳态误差 60
3.5.2 线性系统的扰动稳态误差 62
3.5.3 减小稳态误差的方法 63
3.6 MATLAB用于时域分析法 63
应用案例3 新型电动轮椅速度控制系统 66
小结 68
习题 68
第4章 控制系统的根轨迹分析法 71
4.1 根轨迹的基本概念 71
4.1.1 根轨迹的定义 72
4.1.2 根轨迹方程 72
4.2 根轨迹图绘制的基本法则 74
4.2.1 180°根轨迹 75
4.2.2 0°根轨迹 82
4.2.3 参数根轨迹 84
4.3 利用根轨迹分析系统性能 85
4.3.1 在根轨迹上确定特征根 85
4.3.2 根轨迹与系统性能的关系 86
4.3.3 开环零点、开环极点对系统根轨迹的影响 86
4.3.4 主导极点与偶极子 87
4.4 MATLAB用于根轨迹分析法 88
应用案例4 直线一级倒立摆系统 91
小结 92
习题 92
第5章 控制系统的频域分析法 95
5.1 频率特性概述 96
5.1.1 频率特性的基本概念 97
5.1.2 频率特性的物理意义 99
5.1.3 频率特性的表示方法 100
5.2 控制系统的奈奎斯特图 102
5.2.1 典型环节的奈奎斯特图 102
5.2.2 系统开环奈奎斯特图的绘制 106
5.3 控制系统的伯德图 112
5.3.1 典型环节的伯德图 112
5.3.2 系统开环伯德图的绘制 114
5.4 频域稳定判据 117
5.4.1 稳定判据的数学基础 117
5.4.2 奈奎斯特稳定判据 121
5.4.3 对数频率稳定判据 123
5.5 稳定裕度 126
5.5.1 相位裕度 126
5.5.2 幅值裕度 127
5.6 控制系统的频率特性分析 130
5.6.1 基于开环对数频率特性的系统性能分析 130
5.6.2 基于闭环频率特性的系统性能分析 132
5.6.3 开环和闭环性能指标之间的关系 134
5.7 MATLAB用于频域分析法 135
应用案例5 中国空间站机械臂控制系统 137
小结 139
习题 140
第6章 控制系统的校正方法 143
6.1 校正的基本概念及常用的校正方法 144
6.1.1 校正的基本概念 144
6.1.2 常用的校正方法 144
6.2 串联校正 146
6.2.1 超前校正 147
6.2.2 滞后校正 151
6.2.3 滞后-超前校正 153
6.2.4 PID校正 156
6.3 MATLAB用于控制系统校正 163
应用案例6 自动喷涂机器人控制系统 167
小结 169
习题 169
附录A 拉普拉斯变换简表 172
参考文献 174
