本書從理論和工程應用相結合的角度, 比較全面和系統(tǒng)地闡述了控制理論(包括經典控制理論和現(xiàn)代控制理論)的基本內容。書中內容側重介紹一些基本概念、基本理論和基本分析方法, 盡量降低理論方面的難度, 并注意強化讀者的工程意識, 提高其工程實踐能力。 本書的主要特色是在保持理論完整性和系統(tǒng)性的前提下, 從仿真實現(xiàn)的角度, 采用目前流行的控制系統(tǒng)分析和綜合的軟件包——MATLAB完成了相關內容的論述。全書共分為12章, 主要內容有: 緒論、線性系統(tǒng)的數(shù)學描述、 線性系統(tǒng)的時域分析法、線性系統(tǒng)的根軌跡法、頻率響應法、 線性系統(tǒng)的校正方法、線性離散系統(tǒng)分析與設計、非線性控制系統(tǒng)分析、線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述與分析、 線性反饋系統(tǒng)的時間域綜合和李亞普諾夫穩(wěn)定性分析, 最后給出了一些控制系統(tǒng)設計實例分析, 以提高本書的實用性。書中結合相關的理論, 以例題的方式介紹了MATLAB在控制系統(tǒng)分析和設計中的應用。同時, 對每一章的內容進行了小結, 并提供了一定數(shù)量的典型例題和習題, 便于讀者學習和鞏固所學知識。本書可作為本科自動化及相關專業(yè)“自動控制理論”課程的教材, 也可供從事自動化工作的科技人員作參考。圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)
本書是西安電子科技大學出版社推出的“面向21世紀高等學校系列教材”之一，分別于2008年和2012年入選普通高等教育“十一五”和“十二五”國家級規(guī)劃教材。本書主要內容由經典控制理論、現(xiàn)代控制理論和控制系統(tǒng)設計實例分析三部分組成，共40余萬字。本書前三版共銷售了近50 000冊，在一些工科高等院校中得到了較廣泛的應用。自2007年第二版發(fā)行以來，很多學校的老師和同學對本書提出了許多寶貴意見，并對原書中在編寫、印刷和內容等方面存在的問題，做出了中肯的批評和認真的指正，在此編者對關注本教材建設的教師和學生表示衷心的感謝。按照讀者的意見和近幾年課堂教學的經驗，本次修訂對全書做了充分的改正和修改；在第四章中補充了廣義根軌跡等內容，第七章中增加了采樣拉氏變換性質等內容，并修改了書中的部分例題和習題。在本次修訂工作中，彭冬亮教授負責修訂內容的組織，薛安克教授審稿。另外，郭云飛副教授、朱亞萍教授、趙曉東教授和陳云教授等多位老師也為本書的修訂工作提出了寶貴意見，在此表示感謝。
作 者
2021年11月于杭州
第一章 緒論 1
1.1 自動控制系統(tǒng)簡介 1
1.2 自動控制系統(tǒng)分類 3
1.3 自動控制理論的發(fā)展歷史 5
1.4 工程控制問題的基本要求 6
小結 7
習題 7
第二章 線性系統(tǒng)的數(shù)學描述 9
2.1 線性系統(tǒng)的時域數(shù)學模型 9
2.2 傳遞函數(shù) 12
2.3 結構圖 18
2.4 信號流圖 27
2.5 線性定常系統(tǒng)數(shù)學模型的MATLAB實現(xiàn) 30
小結 32
習題 32
第三章 線性系統(tǒng)的時域分析法 36
3.1 動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能指標 36
3.2 一階系統(tǒng)的時域分析 40
3.3 二階系統(tǒng)的時域分析 42
3.4 高階系統(tǒng)的時域分析 50
3.5 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 51
3.6 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 55
3.7 基于MATLAB的線性系統(tǒng)時域分析 59
小結 61
習題 62
第四章 根軌跡法 65
4.1 根軌跡的基本概念 65
4.2 根軌跡的繪制 66
4.3 廣義根軌跡 72
4.4 附加開環(huán)零點和極點對根軌跡的影響 74
4.5 系統(tǒng)性能的分析 77
小結 78
習題 79
第五章 頻率響應法 81
5.1 頻率特性 81
5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 85
5.3 控制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的繪制 93
5.4 頻域穩(wěn)定性判據(jù) 102
5.5 穩(wěn)定裕度 109
5.6 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標 113
小結 115
習題 116
第六章 線性系統(tǒng)的校正方法 120
6.1 校正的基本概念 120
6.2 線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律 121
6.3 常用校正裝置及其特性 125
6.4 串聯(lián)校正 130
6.5 反饋校正 137
6.6 復合校正 139
小結 141
習題 141
第七章 線性離散系統(tǒng)分析與設計 145
7.1 引言 145
7.2 信號的采樣與保持 146
7.3 Z變換理論 149
7.4 脈沖傳遞函數(shù) 156
7.5 離散控制系統(tǒng)的性能分析 161
小結 169
習題 169
第八章 非線性控制系統(tǒng)分析 171
8.1 非線性控制系統(tǒng)概述 171
8.2 相平面分析法 174
8.3 描述函數(shù)法 191
小結 199
習題 199
第九章 線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述與分析 203
9.1 狀態(tài)空間描述的基本概念 203
9.2 狀態(tài)空間表達式的建立 207
9.3 線性定常系統(tǒng)的響應 219
9.4 狀態(tài)轉移矩陣 221
9.5 線性離散系統(tǒng)的響應 225
9.6 可控性和可觀性 229
9.7 線性定常系統(tǒng)的線性變換 236
9.8 對偶原理 241
9.9 線性定常系統(tǒng)的結構分解 242
9.10 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的MATLAB實現(xiàn) 244
小結 247
習題 247
第十章 線性反饋系統(tǒng)的時間域綜合 252
10.1 輸出反饋與狀態(tài)反饋 252
10.2 極點配置問題 253
10.3 狀態(tài)重構與狀態(tài)觀測器設計 256
10.4 MATLAB在線性反饋系統(tǒng)時間域綜合中的應用 263
小結 265
習題 266
第十一章 李亞普諾夫穩(wěn)定性分析 268
11.1 李亞普諾夫關于穩(wěn)定性的定義 268
11.2 李亞普諾夫第一方法 269
11.3 李亞普諾夫第二方法 270
11.4 線性定常系統(tǒng)的李亞普諾夫穩(wěn)定性分析 273
小結 276
習題 276
第十二章 控制系統(tǒng)設計實例分析 278
12.1 火炮穩(wěn)定器的設計 278
12.2 船舶自動駕駛儀的設計 279
12.3 磁盤讀寫頭的控制 281
12.4 倒立擺控制系統(tǒng)的設計 283
小結 286
附錄 常用函數(shù)的拉氏變換和Z變換對照表 287
主要參考文獻 288
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