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《自動(dòng)控制原理及應(yīng)用（第3版）》是十二五普通高等教育本科*規(guī)劃教材

本書是根據(jù)教育部高等學(xué)校儀器科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的專業(yè)教學(xué)規(guī)范的要求，在汲取國(guó)內(nèi)外同類教材的優(yōu)點(diǎn),結(jié)合編者多年的教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上編寫的。

本書主要包括經(jīng)典控制理論和部分現(xiàn)代控制理論。經(jīng)典控制理論以線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)為主線,在闡述反饋控制基本原理與概念的基礎(chǔ)上,著重介紹線性控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的建立方法,系統(tǒng)介紹連續(xù)控制系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析方法，分別介紹了閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、誤差分析以及綜合校正方法。舉例說明如何運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)分析、研究和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)中復(fù)雜工程問題的解決方案。現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)部分是在闡述狀態(tài)空間法的基本概念的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹了系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的建立與求解方法、能控性和能觀性定義及判據(jù),扼要介紹狀態(tài)空間設(shè)計(jì)方法。

本書在編寫中致力于以下兩方面： 在結(jié)構(gòu)安排上,充分考慮控制理論體系的發(fā)展形成特點(diǎn)及其認(rèn)識(shí)規(guī)律,既注重遵循傳統(tǒng)模式，又注意經(jīng)典與現(xiàn)代控制理論的適當(dāng)融合； 在內(nèi)容處理上,既注重基本概念、基本方法的闡述，力求概念清楚、思路清晰、循序漸進(jìn)，又注意理論與實(shí)際相結(jié)合，力求聯(lián)系工程應(yīng)用背景，深入淺出，并精選典型例題與習(xí)題,以便于自學(xué)。

本書由陳祥光教授、孫玉梅教授、吳磊博士、孫巧妍副教授、黃聰明教授編寫。全書共7章，其中陳祥光、孫玉梅、吳磊編寫第1~6章，孫巧妍和黃聰明編寫第7章。在本書的內(nèi)容策劃與撰寫過程中，清華大學(xué)丁天懷教授、國(guó)防科技大學(xué)張玘教授等給予了熱情的支持與幫助，并提出了許多寶貴的意見，在此表示衷心的感謝。

在本書的編寫過程中,清華大學(xué)出版社、北京理工大學(xué)、煙臺(tái)南山學(xué)院給予了大力支持和幫助,在此深表謝意。

限于作者水平,書中難免存在問題和不足之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

編者

2017年9月于北京

第1章緒論

1.1自動(dòng)控制的發(fā)展概述

1.2控制系統(tǒng)工作原理

1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型

1.3.1開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)

1.3.2定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)

1.3.3連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)

1.3.4線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)

1.3.5單變量控制系統(tǒng)和多變量控制系統(tǒng)

1.4小結(jié)

習(xí)題

第2章線性控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程及模型描述

2.1引言

2.2傳遞函數(shù)

2.2.1傳遞函數(shù)的定義

2.2.2傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)

2.2.3典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)

2.3線性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2.3.1電氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2.3.2機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2.3.3工業(yè)過程裝置的數(shù)學(xué)模型

2.3.4檢測(cè)與執(zhí)行裝置的數(shù)學(xué)模型

2.3.5典型對(duì)象或環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型

2.4框圖

2.4.1框圖的基本符號(hào)和連接

2.4.2框圖的變換和簡(jiǎn)化

2.5信號(hào)流圖

2.5.1信號(hào)流圖常用術(shù)語(yǔ)

2.5.2框圖及相應(yīng)的信號(hào)流圖

2.5.3框圖與信號(hào)流圖的轉(zhuǎn)換

2.5.4信號(hào)流圖的運(yùn)算與簡(jiǎn)化規(guī)則

2.5.5梅森增益公式

2.6應(yīng)用MATLAB對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述

2.6.1應(yīng)用MATLAB進(jìn)行數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換

2.6.2應(yīng)用MATLAB求系統(tǒng)時(shí)域解

2.6.3基于MATLAB求取系統(tǒng)傳遞函數(shù)

2.7運(yùn)用工程知識(shí)解決控制系統(tǒng)復(fù)雜工程問題

2.7.1槽式反應(yīng)器的溫度控制系統(tǒng)

2.7.2反應(yīng)器的溫度控制系統(tǒng)框圖

2.7.3被控對(duì)象的特性分析及數(shù)學(xué)模型的建立

2.7.4構(gòu)建適應(yīng)被控對(duì)象特性變化的控制系統(tǒng)

2.8小結(jié)

習(xí)題

第3章連續(xù)控制系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析方法

3.1引言

3.2連續(xù)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法

3.2.1典型輸入信號(hào)

3.2.2控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)及性能指標(biāo)

3.3連續(xù)控制系統(tǒng)的根軌跡分析法

3.3.1根軌跡法的基本概念

3.3.2繪制根軌跡的基本條件和規(guī)則

3.3.3根軌跡繪制方法舉例

3.4連續(xù)控制系統(tǒng)的頻域分析法

3.4.1頻率特性及其與傳遞函數(shù)的關(guān)系

3.4.2頻率特性的圖示方法

3.5基于MATLAB的時(shí)域和頻域分析方法

3.5.1應(yīng)用MATLAB求系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)

3.5.2應(yīng)用MATLAB計(jì)算時(shí)域性能指標(biāo)

3.5.3應(yīng)用MATLAB分析系統(tǒng)根軌跡

3.5.4應(yīng)用MATLAB繪制伯德圖示例

3.5.5應(yīng)用MATLAB繪制奈奎斯特圖示例

3.5.6應(yīng)用MATLAB繪制尼柯爾斯圖示例

3.6基于學(xué)科和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)分析控制系統(tǒng)復(fù)雜工程問題

3.6.1生物發(fā)酵過程自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

3.6.2生物發(fā)酵過程輸入量（控制量）與輸出量（被控量）的關(guān)聯(lián)性分析

3.6.3金霉素發(fā)酵過程關(guān)鍵變量的優(yōu)化控制

3.7小結(jié)

習(xí)題

第4章閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

4.1引言

4.2勞斯穩(wěn)定判據(jù)

4.2.1系統(tǒng)穩(wěn)定性的初步判別

4.2.2勞斯判據(jù)

4.2.3勞斯判據(jù)的特殊情況

4.2.4勞斯判據(jù)的應(yīng)用

4.3奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)

4.3.1映射定理

4.3.2奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)原理

4.3.3開環(huán)極點(diǎn)或零點(diǎn)位于j軸上時(shí)的奈奎斯特判據(jù)

4.4伯德圖的穩(wěn)定性分析

4.4.1增益裕量和相角裕量

4.4.2相角裕量與過渡過程性能指標(biāo)的關(guān)系

4.4.3最小相位系統(tǒng)和非最小相位系統(tǒng)

4.5閉環(huán)頻率特性

4.5.1由開環(huán)頻率特性求取閉環(huán)頻率特性

4.5.2等M圓圖和等N圓圖

4.5.3尼柯爾斯圖線

4.6應(yīng)用MATLAB判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性

4.7設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的解決方案

4.7.1控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性原理概述

4.7.2控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性數(shù)學(xué)分析

4.7.3控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性分析舉例

4.8小結(jié)

習(xí)題

第5章閉環(huán)控制系統(tǒng)的誤差分析

5.1引言

5.2控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

5.2.1穩(wěn)態(tài)誤差和誤差傳遞函數(shù)

5.2.2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型

5.2.3給定輸入下(隨動(dòng)系統(tǒng))的穩(wěn)態(tài)誤差

5.2.4擾動(dòng)輸入下(定值系統(tǒng))的穩(wěn)態(tài)誤差

5.3穩(wěn)態(tài)誤差與對(duì)數(shù)幅頻特性曲線的關(guān)系

5.3.1穩(wěn)態(tài)位置誤差系數(shù)的確定

5.3.2穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)的確定

5.3.3穩(wěn)態(tài)加速度誤差系數(shù)的確定

5.3.4減小穩(wěn)態(tài)誤差的若干措施

5.4控制系統(tǒng)的復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬

5.4.1基于偏差的自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成

5.4.2參數(shù)優(yōu)化（搜索）中存在的問題

5.4.3并行搜索的基本思想

5.4.4基于矩陣的多個(gè)單純形并行搜索

5.4.5應(yīng)用舉例

5.5小結(jié)

習(xí)題

第6章閉環(huán)控制系統(tǒng)的綜合校正

6.1引言

6.2控制系統(tǒng)的根軌跡校正方法

6.2.1基于根軌跡的超前校正

6.2.2基于根軌跡的滯后校正

6.3控制系統(tǒng)的頻率特性校正方法

6.3.1基于伯德圖的超前校正

6.3.2基于伯德圖的滯后校正

6.4PID控制器特性分析及應(yīng)用

6.4.1PID控制規(guī)律

6.4.2PID控制器參數(shù)對(duì)控制過程的影響

6.4.3PID控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)根軌跡的影響

6.4.4PID控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)頻率特性穩(wěn)定裕量的影響

6．5基于典型的控制規(guī)律研究控制系統(tǒng)中的復(fù)雜工程問題

6.5.1基于改進(jìn) BP算法的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.5.2基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制系統(tǒng)仿真研究

6.6小結(jié)

習(xí)題

第7章控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與設(shè)計(jì)

7.1引言

7.2控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述

7.2.1狀態(tài)空間描述的基本概念

7.2.2狀態(tài)空間表達(dá)式的建立

7.2.3狀態(tài)空間的線性變換與規(guī)范化

7.3線性定常連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程的解法

7.4線性系統(tǒng)的能控性和能觀性

7.4.1能控性和能觀性概念的提出

7.4.2線性定常連續(xù)系統(tǒng)能控性定義及其判據(jù)

7.4.3線性定常連續(xù)系統(tǒng)能觀性定義及其判據(jù)

7.4.4能控性與能觀性的對(duì)偶關(guān)系

7.4.5能控性和能觀性與傳遞函數(shù)(矩陣)的關(guān)系

7.5控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)

7.5.1狀態(tài)反饋與極點(diǎn)配置

7.5.2狀態(tài)重構(gòu)與狀態(tài)觀測(cè)器

7.6MATLAB在狀態(tài)空間法中的應(yīng)用

7.6.1狀態(tài)空間模型建立與轉(zhuǎn)換

7.6.2能控性與能觀性的判定

7.6.3狀態(tài)反饋系統(tǒng)極點(diǎn)配置

7.7分析控制系統(tǒng)中的復(fù)雜工程問題及設(shè)計(jì)解決方案

7.7.1電控液壓舉升系統(tǒng)的構(gòu)成

7.7.2電控液壓舉升控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

7.7.3液壓舉升系統(tǒng)可控性與可觀性分析

7.7.4自卸車液壓舉升系統(tǒng)PID控制仿真

7.8小結(jié)

習(xí)題

附錄A

A.1拉氏變換

A.1.1拉氏變換的定義

A.1.2基本函數(shù)的拉氏變換

A.1.3拉氏變換的主要運(yùn)算定理

A.2拉氏變換求解線性常微分方程

A.2.1拉氏反變換

A.2.2拉氏變換的應(yīng)用舉例

A.3海維塞德部分分式展開法

參考文獻(xiàn)