目錄
前言
1 自動控制系統(tǒng)概述 1
1.1 自動控制發(fā)展歷史 1
1.2 自動控制系統(tǒng)的基本概念 2
1.2.1 開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng) 4
1.2.2 自動控制系統(tǒng)的分類 5
1.3 自動控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計任務(wù) 6
1.4 本章小結(jié) 7
習(xí)題 7
2 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 9
2.1 微分方程 9
2.2 典型輸入信號 11
2.3 拉普拉斯變換 13
2.4 傳遞函數(shù) 19
2.4.1 卷積定理 19
2.4.2 傳遞函數(shù)定義和性質(zhì) 20
2.5 系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模 22
2.5.1 機理建模 22
2.5.2 系統(tǒng)辨識 29
2.6 方框圖 32
2.6.1 方框圖的組成 33
2.6.2 方框圖的等效變換 33
2.7 本章小結(jié) 38
習(xí)題 38
3 基于傳遞函數(shù)的時域分析與設(shè)計 41
3.1 一階系統(tǒng) 41
3.2 二階系統(tǒng) 44
3.2.1 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 44
3.2.2 欠阻尼二階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)指標(biāo) 49
3.3 高階系統(tǒng) 52
3.4 勞斯判據(jù) 54
3.5 穩(wěn)態(tài)誤差 56
3.5.1 穩(wěn)態(tài)誤差定義 56
3.5.2 穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù) 57
3.5.3 擾動信號引起的穩(wěn)態(tài)誤差 60
3.6 PID控制 60
3.6.1 PID控制原理 61
3.6.2 齊格勒-尼科爾斯法 62
3.7 本章小結(jié) 64
習(xí)題 64
4 控制系統(tǒng)的根軌跡分析與設(shè)計 67
4.1 根軌跡相關(guān)概念 67
4.2 繪制根軌跡的規(guī)則 68
4.3 根軌跡法分析系統(tǒng) 71
4.4 根軌跡法設(shè)計控制器 74
4.4.1 附加開環(huán)零極點 75
4.4.2 控制器設(shè)計 79
4.5 本章小結(jié) 85
習(xí)題 85
5 控制系統(tǒng)的頻域分析 87
5.1 頻率特性 87
5.1.1 頻率特性的概念 87
5.1.2 頻率特性的圖解方法 89
5.1.3 典型環(huán)節(jié)的頻率特性 90
5.2 奈奎斯特圖與系統(tǒng)穩(wěn)定性 99
5.2.1 奈奎斯特圖的繪制 99
5.2.2 奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù) 102
5.3 系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性 107
5.3.1 穩(wěn)定裕量 107
5.3.2 頻域指標(biāo)與時域指標(biāo)的關(guān)系 110
5.4 伯德圖與系統(tǒng)性能分析 111
5.4.1 伯德圖的繪制 111
5.4.2 最小相位系統(tǒng) 114
5.4.3 開環(huán)伯德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系 116
5.5 頻率響應(yīng)實驗確定傳遞函數(shù) 119
5.6 本章小結(jié) 121
習(xí)題 121
6 控制系統(tǒng)的校正 124
6.1 系統(tǒng)校正基本概念與常用方法 124
6.2 串聯(lián)超前校正 126
6.3 串聯(lián)滯后校正 132
6.4 串聯(lián)滯后-超前校正 137
6.5 PID控制器的頻域設(shè)計 142
6.5.1 PID控制器的頻率特性 142
6.5.2 PID控制器的頻域設(shè)計方法 145
6.6 本章小結(jié) 148
習(xí)題 148
7 線性離散系統(tǒng)的分析和校正 151
7.1 離散系統(tǒng)的基本概念 151
7.2 信號采樣與恢復(fù) 153
7.3 線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 156
7.3.1 z變換 156
7.3.2 線性常系數(shù)差分方程 156
7.3.3 脈沖傳遞函數(shù) 158
7.4 線性離散系統(tǒng)的性能分析 163
7.4.1 穩(wěn)定性 163
7.4.2 瞬態(tài)響應(yīng) 167
7.4.3 穩(wěn)態(tài)誤差 169
7.5 線性離散系統(tǒng)控制器設(shè)計 170
7.6 本章小結(jié) 176
習(xí)題 176
參考文獻 180
附錄A 常見函數(shù)的拉普拉斯變換與z變換對照表 181
附錄B z變換基本性質(zhì)表 182