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自动控制原理（第四版）
自动控制原理
本教材理论严谨、系统性强,完善了工程实例的设计过程。本教材每章开篇都配有教 学目的、教学重点、教学难点和思维导图,方便读者对自动控制原理知识的理解和掌握;每 章例题力求典型、简明,并尽量结合实际;每章配有习题与解答,加强读者对本教材知识的 灵活应用
本教材内容经过精心组织,力求脉络清晰、层层递进,构建一个从基础到前沿、从分析 到设计的完整知识体系。第1章介绍控制系统的基本概念,阐述自动控制技术与理论的 发展、自动控制系统的组成和分类及性能指标。第2章介绍自动控制系统的数学模型,重 点学习微分方程、动态结构图、传递函数与信号流图等关键工具,掌握通过机理分析或实 验辨识将物理问题转化为数学问题的能力。第3章介绍时域分析法,在时间维度上观察 系统对典型输入信号的响应。通过研究一阶、二阶系统的动态特性,理解极点分布如何决 定系统的稳定性、超调量与调节时间,并使用劳斯判据等判断系统的稳定性。第4章介绍 根轨迹分析法,以一种图形化直观方式,展现系统某个参数(通常是开环增益)连续变化 时,其闭环极点在复平面上的运动轨迹。第5章介绍频域分析法,通过奈奎斯特图、伯德 图等工具,判断系统的稳定性,评估系统的稳定裕度,并建立起频域指标(如截止频率、相 角裕度)与时域性能之间的深刻联系。第6章介绍自动控制系统的设计与校正,通过引入 “校正装置”或“控制器”,使一个性能不达标的系统满足所有设计要求。
第1章 自动控制系统的基本概念 …………………………………………………………1
1.1 自动控制技术与理论的发展 ……………………………………………………… 2
1.2 自动控制系统的组成和术语 ……………………………………………………… 6
1.3 自动控制系统的控制方式 ………………………………………………………… 9
1.4 自动控制系统的典型输入信号 …………………………………………………… 13
1.5 自动控制系统的分类……………………………………………………………… 16
1.6 自动控制系统的性能指标 ………………………………………………………… 19
1.7 自动控制系统Matlab分析与设计 ……………………………………………… 21
本章小结 ………………………………………………………………………………… 23
习 题 …………………………………………………………………………………… 24
第2章 自动控制系统的数学模型 ……………………………………………………… 28
2.1 时域数学模型 ……………………………………………………………………… 30
2.2 拉普拉斯变换 ……………………………………………………………………… 33
2.3 复域数学模型 ……………………………………………………………………… 38
2.4 动态结构图 …………………………………………………………………………45
2.5 反馈控制系统的传递函数 ………………………………………………………… 56
2.6 信号流图 …………………………………………………………………………… 58
本章小结 ………………………………………………………………………………… 63
习 题 …………………………………………………………………………………… 65
第3章 时域分析法 ………………………………………………………………………68
3.1 时间响应的性能指标 ……………………………………………………………… 69
3.2 一阶系统的时域分析 ……………………………………………………………… 70
3.3 二阶系统的时域分析 ……………………………………………………………… 74
3.4 自动控制系统的稳定性分析 ……………………………………………………… 85
3.5 稳态误差分析 ………………………………………………………………………92
本章小结 ………………………………………………………………………………… 99
习 题 ……………………………………………………………………………………100
第4章 根轨迹分析法 ……………………………………………………………………103
4.1 根轨迹的基本概念 ……………………………………………………………… 104
4.2 根轨迹的绘制规则 ………………………………………………………………107
4.3 根轨迹的性能分析 ……………………………………………………………… 116
本章小结 ………………………………………………………………………………… 120
习 题 …………………………………………………………………………………… 121
第5章 频域分析法 ……………………………………………………………………… 123
5.1 频率特性 ………………………………………………………………………… 125
5.2 典型环节的频率特性 …………………………………………………………… 132
5.3 自动控制系统的开环频率特性 ………………………………………………… 141
5.4 稳定性判据 ………………………………………………………………………150
5.5 稳定裕度 ………………………………………………………………………… 157
5.6 闭环频率特性 …………………………………………………………………… 164
本章小结 ………………………………………………………………………………… 169
习 题 …………………………………………………………………………………… 170
第6章 自动控制系统的设计与校正 …………………………………………………… 173
6.1 自动控制系统的分析和设计 …………………………………………………… 174
6.2 自动控制系统的校正 …………………………………………………………… 175
6.3 串联校正 ………………………………………………………………………… 179
6.4 反馈校正 ………………………………………………………………………… 193
6.5 复合校正 ………………………………………………………………………… 197
6.6 系统工程设计实例 ………………………………………………………………202
本章小结 …………………………………………………………………………………210
习 题 …………………………………………………………………………………… 211
参考文献 ……………………………………………………………………………………213
附 录......................................................................................................................214
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