自动控制原理

目 录

前言

第1章 绪论

11 自动控制系统的工作机理与研究范围

111 自动控制的定义

112 开环控制与闭环控制

12 自动控制系统分类

121 按信号传递、 处理和描述关系性质的分类

122 按系统数学模型性质的分类

123 按系统结构复杂度的分类

124 按系统结构、 参数和信号共性的分类

13 控制理论与应用研究的主要问题

131 控制理论研究的典型问题

132 控制系统的基本特性

133 控制系统的参考信号

134 瞬态响应的特性指标

14 控制理论与应用研究的交叉学科

15 习题

第 2 章 控制系统数学模型与建模方法

21 控制系统数学模型的定义与类型

211 数学模型的定义

212 系统模型的类型

22 数学模型建立的一般步骤

23 控制系统数学模型的后处理技术

231 微分或差分方程的一般形式

232 非线性模型的线性化

233 模型降阶

24 控制系统的传递函数模型

241 传递函数的定义

242 传递函数的零极点

243 传递函数与输入输出关系

244 典型环节及其传递函数

25 SISO 系统框图与传递函数

251 框图的定义与绘制

252 框图的基本联接形式

253 框图结构变换与简化

254 控制系统的信号流图

255 梅森 （Mason） 增益公式

26 MIMO 系统框图与传递函数矩阵

261 传递函数矩阵定义及其输入输出关系

262 MIMO 系统的基本联接形式

263 广义信号流图与 MIMO 系统简化

264 系统耦合的定义与意义

265 系统解耦方法一 ———对角化解耦

266 系统解耦方法二 ———对角优势化解耦

27 习题

第 3 章 控制系统特性的时域分析法

31 时域分析法概述

32 系统对输入的稳态误差分析

321 稳态误差定义及其指标

322 系统按积分环节数分类

323 稳态误差的计算方法

324 各型系统稳态误差计算与比较

325 稳态误差的物理意义

326 稳态误差与零极点的关系

33 系统对扰动输入的稳态误差分析

34 系统特性变化的稳态误差分析

341 系统静特性变化对输出响应的影响

342 一般系统变化对输出响应的影响

343 灵敏度定义与分析

35 系统对输入激励的瞬态响应分析

351 瞬态响应的若干术语

352 输入输出的时域卷积分关系

353 典型环节的瞬态响应计算

354 二阶系统瞬态响应指标计算

355 高阶系统瞬态分析

36 系统对输入的动态误差分析

361 动态误差系数的定义

362 动态误差的物理意义

37 控制系统的时间区间误差性能简介

38 系统稳定性概念及其代数判据

381 系统稳定性的定义及意义

382 线性定常系统稳定性与传递函数的关系

383 线性定常系统稳定性的代数判据

39 系统传递函数的模型降阶

391 模型降阶的 Pade 近似法

392 模型降阶的 Routh－Pade 近似法

393 模型降阶的 Routh 直接近似法

310 习题

第 4 章 控制系统特性的根轨迹分析法

41 根轨迹定义及其基本性质

411 根轨迹的定义

412 根轨迹的基本性质

42 系统根轨迹的绘制方法一 ———图解法

421 图解法的基本规则

422 图解法绘制根轨迹的一般步骤

43 系统根轨迹的绘制方法二 ———解析法

431 根轨迹方程的 δ－ω 方程转化

432 根轨迹方程的曲线解析形式

433 典型系统根轨迹的 δ－ω 解析式

434 解析法中根轨迹开环增益Ｋ的确定

435 叠加性在高阶系统根轨迹绘制中的应用

44 系统根轨迹的绘制方法三 ———计算机辅助绘制法

441 直接法一 ———基于根轨迹方程的直接法

442 直接法二 ———基于解析法的直接法

443 直接法三 ———基于 Routh 阵列的直接法

444 间接法———数值积分法

45 几类特殊控制系统的根轨迹及其绘制

451 正反馈系统的根轨迹绘制

452 多参变量的根轨迹簇

453 非标准形式参量系统的根轨迹

454 含时滞环节系统的根轨迹

455 含分布时滞系统的根轨迹

46 习题

第 5 章 控制系统特性的频率域分析法

51 频率域分析法概述

52 系统频率特性定义及其与传递函数的关系

521 系统频率特性定义

522 系统频率特性与传递函数的关系

523 系统的复域、 时域和频域传递关系

524 频率特性与基本特性的分区关系

53 系统频率特性分析法一 ———极坐标图

531 极坐标图的定义与绘制

532 典型环节的极坐标图

533 一般系统的极坐标图绘制

534 极坐标图与最小相位系统

535 极坐标图与 Nyquist 稳定判据

536 复放缩 Nyquist 稳定判据

537 极坐标图与系统的稳定裕量

538 关于极坐标图的绕向问题

539 传递函数模型降阶的频域方法

5310 传递函数模型辨识的频域方法

5311 二阶系统频域性能指标与阻尼系数的关系

54 系统频率特性分析法二 ———对数坐标图

541 对数坐标图的定义与绘制

542 典型环节频率特性的对数坐标图

543 一般系统的对数坐标图绘制

544 对数坐标图应用一 ———稳态误差的读图计算

545 对数坐标图应用二 ———稳定分析与稳定裕量读图计算

546 对数坐标图应用三———传递函数模型的读图辨识与降阶

547 对数坐标图应用四———瞬态特性的读图计算

548 最小相位系统的对数坐标图性质

55 习题

第 6 章 控制系统校正与综合的经典方法

61 系统校正与综合的定义与问题

611 系统综合的定义和主要问题

612 控制系统综合的经典方法

62 典型校正装置及其特性

621 微分校正装置

622 积分校正装置

623 积分－微分校正装置

624 常见无源校正装置

625 常见有源校正装置

63 系统校正的根轨迹综合设计法

631 附加零极点对根轨迹的影响

632 串联微分校正装置的根轨迹设计

633 串联积分校正装置的根轨迹设计

634 串联积分－微分校正装置的根轨迹设计

635 串联校正装置的直接综合法

64 系统校正的频域综合设计法

641 频域综合法的基本步骤

642 各种时域指标与频域指标的关系

643 串联校正装置的对数坐标图综合法

644 并联校正装置的对数坐标图综合法

65 习题

第 7 章 线性离散控制系统的分析基础

71 离散控制系统的研究范围

72 离散控制系统的基本概念

721 采样控制系统的基本环节与结构

722 采样过程及其脉冲序列表现

723 周期采样与采样定理

724 保持器与模拟信号恢复

73 离散信号ｚ－变换及其基本性质

731 ｚ－变换的定义

732 ｚ－变换函数的求法

733 ｚ－变换的基本性质

734 ｚ－逆变换及其求法

74 采样控制系统的数学模型

741 差分方程及其解法

742 脉冲传递函数

75 离散控制系统的稳定性分析

751 ｓ－平面与 ｚ－平面的映射关系

752 离散控制系统的稳定判据

753 离散控制系统稳定性的 Routh 判据

754 离散控制系统稳定性的Schur－Cohn 判据

755 离散控制系统稳定性的 Ｊury 判据

76 离散控制系统的稳态误差分析

77 离散控制系统的瞬态特性分析

771 离散控制系统极点和瞬态响应的关系

772 离散控制系统瞬态特性的主导极点

78 离散控制系统的校正与综合设计

781 离散控制系统校正的概念与方法

782 校正装置的设计方法

783 最少拍系统的特性与设计

79 离散控制系统的复域／频域分析

791 离散控制系统分析的根轨迹法

792 离散控制系统稳定性的复放缩 Nyquist 判据

793 离散控制系统的频域特性及其性质

710 习题

第 8 章 控制系统特性的状态空间分析法

81 状态空间的基本概念与模型建立

811 状态空间的基本概念

812 状态空间模型的建立

813 状态空间模型的主要标准型

814 几类特殊系统的状态空间模型

82 状态方程组求解与状态转移矩阵

821 线性时不变状态方程组的解

822 线性定常系统状态转移矩阵的概念、性质和求取方法

823 线性定常系统状态方程求解与示例

83 状态空间模型与传递函数模型的关系

831 状态空间模型与传递函数 （或传递函数矩阵）

832 同一传递函数的不同状态空间实现的关系

84 基于状态空间模型的稳定性分析

841 状态稳定性的几个数学概念

842 系统稳定性判定的 Lyapunov 第二法

843 线性定常状态空间模型的稳定性

85 系统状态的能控性和能观性

851 能控性的定义与判据

852 能观性的定义与判据

853 能控性与能观性的对偶性

854 能控性／能观性的辐角原理判据

86 习题

第 9 章 非线性控制系统的分析基础

91 非线性系统概述

911 非线性及其基本特性

912 典型非线性环节

913 非线性系统的主要特性

914 非线性系统的建模方法

92 非线性系统的时域分析法———相平面法

921 相平面的定义与基本概念

922 相平面图的绘制

923 二阶线性定常系统的相平面分析

924 二阶非线性系统的相平面分析

93 非线性系统的频域分析法———描述函数法

931 描述函数的定义与基本性质

932 非线性环节描述函数的计算

933 基于描述函数法的非线性系统稳定分析

94 Luré 非线性系统与绝对稳定性分析

941 Luré 非线性系统描述和基本概念

942 Luré 非线性系统的经典圆盘稳定判据

943 基于复放缩 Nyquist 轨迹的圆盘稳定判据

95 习题

附录 常用函数的Laplace 变换／ｚ－变换对照表

参考文献