定 價：45 元
叢書名：電氣工程、自動化專業(yè)規(guī)劃教材
- 作者：劉文定
- 出版時間：2018/1/1
- ISBN：9787121332487
- 出 版 社：電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP13
- 頁碼：324
- 紙張：膠版紙
- 版次：4
- 開本：16開
本書是普通高等教育十一五*規(guī)劃教材，全面地闡述自動控制的理論及應用。全書共分8章和2個附錄，主要內容包括：線性系統(tǒng)的數學模型、時域響應分析、根軌跡法、頻域特性分析、控制系統(tǒng)的設計與校正、非線性系統(tǒng)分析、采樣控制系統(tǒng)，以及在MATLAB/Simulink支持下對控制系統(tǒng)進行計算機輔助分析與設計。全書內容取材新穎，闡述深入淺出。為便于自學，各章均附有典型題詳解、精選習題和考研試題。 本書可作為高等院校自動化等專業(yè)的本科生教材，也可供相關專業(yè)的研究生或從事自動化技術工作的人員參考。
十一五*規(guī)劃教材；提供電子課件；提供部分習題解答。
自動控制原理是自動化學科的重要理論基礎課程，是專門研究有關自動控制系統(tǒng)中基本概念、基本原理和基本方法的一門課程，也是高等學校自動化類專業(yè)的一門核心基礎理論課程。學好自動控制理論，對掌握自動化技術有著重要作用。
2004年7月，初版教材出版發(fā)行，為適應自動化學科的發(fā)展，擴寬專業(yè)面、優(yōu)化整體教學體系的教學改革形勢，按照理論講透，重在應用的原則，總結了作者多年的教學經驗和課程教學改革的成果，參考了國內外控制理論及應用發(fā)展的方向，經反復討論編寫而成。2009年1月，第2版出版發(fā)行，并入選普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材；2013年1月，第3版出版發(fā)行。幾年來，控制理論的教學在高等院校有了較大的發(fā)展，許多選用本書的院校提出了一些寶貴的建議，為此，我們進行了第4版的修訂。
第4版教材分8章及兩個附錄。主要內容分為4大部分：第一部分包括基本概念，線性系統(tǒng)的數學模型，時域響應分析，根軌跡分析，頻域特性分析，控制系統(tǒng)設計與校正，這些內容屬于線性定常連續(xù)控制系統(tǒng)問題，闡明了自動控制的3個基本問題，即模型、分析和控制。第二部分闡述非線性系統(tǒng)的基本理論和分析方法，包括相平面法和描述函數法，目的是為學生進一步學習后續(xù)課程打下基礎。第三部分有意加強了作為數字控制理論基礎的采樣控制系統(tǒng)的討論，重點介紹了采樣系統(tǒng)的數學模型、穩(wěn)定性分析與采樣系統(tǒng)的綜合校正。第四部分為MATLAB/Simulink軟件實現(xiàn)控制系統(tǒng)的輔助分析和設計，以培養(yǎng)學生現(xiàn)代化的分析與設計能力，適應21世紀教學現(xiàn)代化的發(fā)展要求，并在每章最后附相關應用。
第4版的內容保留了第3版增補的內容并進行了優(yōu)化：線性常微分方程求解，傳遞函數零點和極點對系統(tǒng)輸出的影響，方框圖利用梅遜公式求傳遞函數，實驗方法建立系統(tǒng)的數學模型；二階系統(tǒng)的過阻尼動態(tài)分析，單位斜坡響應及非零初始條件下的輸出響應分析，高階系統(tǒng)的動態(tài)性能分析；根軌跡與系統(tǒng)性能、閉環(huán)零點、極點與開環(huán)零點、極點之間的關系，多變量根軌跡、零極點對根軌跡的影響，利用根軌跡分析系統(tǒng)性能；頻率特性的圖形、利用頻率特性分析系統(tǒng)品質、MATLAB/Simulink頻域特性分析，頻率法串聯(lián)校正、復合校正實例；控制系統(tǒng)設計的MATLAB/Simulink實現(xiàn)；非線性系統(tǒng)相平面圖的解析繪制、由相軌跡求取時間、非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及非線性系統(tǒng)的簡化；采樣過程的數學描述、采樣周期的選擇等。
第4版教材重點對考研試題進行了更新和優(yōu)化。為避免過于數學化，第4版教材對部分公式的推導進行了簡化。
第4版教材是面向應用型大學人才培養(yǎng)需要的一本教材，適用對象為工程應用型自動化專業(yè)的本科學生，也可供電氣信息類其他專業(yè)的研究生以及工程技術人員使用。在編寫過程中，作者充分注意到了以下幾點：
（1） 注重體系的基本結構，強調控制理論的基本概念、基本原理和基本方法，內容精煉，重點突出，不以細節(jié)為主。
（2） 以學生為本，加強能力培養(yǎng)，遵照認識規(guī)律，內容敘述力求深入淺出、層次分明；注意理論的完整性與工程實用性相結合，培養(yǎng)學生的工程意識。
（3） 引入了MATLAB/Simulink軟件實現(xiàn)控制系統(tǒng)的輔助分析和設計，以培養(yǎng)學生現(xiàn)代化的分析與設計能力，適應21世紀教學現(xiàn)代化的發(fā)展要求。
（4） 為便于不同層次的學生和讀者自學，各章都附有較豐富的有難度層次的典型例題和習題及習題詳解，特別是為滿足考研學生的需要，增加了考研試題。
（5） 為拓寬學生的知識面，滿足學生主動學習的興趣及激發(fā)學生的求知欲，我們在電子課件中選入了一些來源于實際控制工程的案例，便于學生理解和消化控制知識。
本書適用于54～64學時課內教學。本書由劉文定和謝克明主編。參加編寫的有：謝克明（前言、第1章、附錄A、B），謝剛（第2、3章），續(xù)欣瑩（第4章），劉文定（第5、6、7章），劉洪錦、谷海青（第8章）。全書由劉文定和謝克明統(tǒng)稿。借此衷心感謝本書的責任編輯凌毅女士，同時對在本書編寫過程中給予幫助的各位人員表示誠摯的謝意。
本書提供配套的電子課件，可登錄電子工業(yè)出版社的華信教育資源網：www.hxedu.com.cn，注冊后免費下載。由于筆者水平有限，書中錯誤和不妥之處難免，懇請廣大讀者批評指正。
劉文定，北京林業(yè)大學教授/碩士生導師，中國機械工業(yè)教育協(xié)會自動化學科教學委員會委員，一直從事控制理論方面的教學與科研工作。
第1章 緒論
1.1 開環(huán)控制和閉環(huán)控制
1.1.1 開環(huán)控制
1.1.2 閉環(huán)控制(反饋控制)
1.2 自動控制系統(tǒng)的組成及術語
1.3 自動控制系統(tǒng)的類型
1.3.1 按信號流向劃分
1.3.2 按系統(tǒng)輸入信號劃分
1.3.3 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)
1.3.4 定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)
1.3.5 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)
1.3.6 單輸入單輸出系統(tǒng)與多輸入多輸出系統(tǒng)
1.4 自動控制系統(tǒng)性能的基本要求
1.5 自動控制課程的主要任務
1.5.1 階躍函數
1.5.2 斜坡函數(等速度函數)
1.5.3 拋物線函數(等加速度函數)
1.5.4 脈沖函數
1.5.5 正弦函數
1.6 自動控制系統(tǒng)實例
1.6.1 造紙機分部傳動控制系統(tǒng)
1.6.2 谷物濕度控制系統(tǒng)
1.6.3 烘烤爐溫度控制系統(tǒng)
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第2章 線性系統(tǒng)的數學模型
2.1 線性系統(tǒng)的微分方程
2.2 微分方程的線性化
2.3 傳遞函數
2.3.1 傳遞函數的概念
2.3.2 傳遞函數的特點
2.3.3 典型環(huán)節(jié)的傳遞函數
2.4 方框圖
2.4.1 方框圖概述
2.4.2 系統(tǒng)方框圖的構成
2.4.3 環(huán)節(jié)間的連接
2.4.4 方框圖的變換和簡化
2.5 信號流圖
2.5.1 信號流圖的定義
2.5.2 系統(tǒng)的信號流圖
2.5.3 信號流圖的定義和術語
2.5.4 信號流圖的性質及簡化
2.5.5 信號流圖的增益公式
2.6 MATLAB/Simulink中數學模型的表示
2.6.1 傳遞函數
2.6.2 傳遞函數的特征根及零、極點圖
2.6.3 控制系統(tǒng)的方框圖模型
2.6.4 控制系統(tǒng)的零、極點模型
2.6.5 狀態(tài)空間表達式
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第3章 控制系統(tǒng)的時域分析
3.1 線性定常系統(tǒng)的時域響應
3.2 控制系統(tǒng)時域響應的性能指標
3.2.1 穩(wěn)態(tài)性能指標
3.2.2 動態(tài)性能指標
3.3 線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性
3.3.1 穩(wěn)定性的概念
3.3.2 線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件
3.3.3 勞斯判據(Routh判據)
3.3.4 赫爾維茨判據(Hurwitz判據)
3.3.5 系統(tǒng)參數對穩(wěn)定性的影響
3.3.6 相對穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕量
3.4 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
3.4.1 誤差及穩(wěn)態(tài)誤差的定義
3.4.2 穩(wěn)態(tài)誤差分析
3.4.3 穩(wěn)態(tài)誤差的計算
3.4.4 應用靜態(tài)誤差系數計算給定信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差
3.4.5 擾動信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)結構的關系
3.4.6 改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的途徑
3.4.7 系統(tǒng)的動態(tài)誤差系數
3.5 一階系統(tǒng)的時域響應
3.5.1 數學模型
3.5.2 單位階躍響應
3.5.3 性能指標
3.5.4 一階系統(tǒng)的單位脈沖響應
3.6 二階系統(tǒng)的時域響應
3.6.1 二階系統(tǒng)的數學模型
3.6.2 二階系統(tǒng)的單位階躍響應
3.6.3 二階系統(tǒng)的單位脈沖響應
3.7 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應
3.7.1 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應
3.7.2 高階系統(tǒng)的降階
3.7.3 零、極點對階躍響應的影響
3.8 用MATLAB/Simulink進行瞬態(tài)響應分析
3.8.1 單位脈沖響應
3.8.2 單位階躍響應
3.8.3 斜坡響應
3.8.4 任意函數作用下系統(tǒng)的響應
3.8.5 由系統(tǒng)傳遞函數求系統(tǒng)的響應
3.8.6 系統(tǒng)階躍響應的性能指標
3.8.7 Simulink建模與仿真
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第4章 根軌跡法
4.1 根軌跡的基本概念
4.1.1 根軌跡
4.1.2 根軌跡的基本條件
4.2 繪制根軌跡的基本規(guī)則
4.3 根軌跡繪制舉例
4.4 廣義根軌跡
4.4.1 參數根軌跡
4.4.2 多參數根軌跡簇
4.4.3 正反饋系統(tǒng)的根軌跡(零度根軌跡)
4.5 根軌跡分析系統(tǒng)的性能
4.5.1 根軌跡確定系統(tǒng)的閉環(huán)極點
4.5.2 根軌跡分析系統(tǒng)的動態(tài)特性
4.5.3 開環(huán)零點對根軌跡的影響
4.5.4 開環(huán)極點對根軌跡的影響
4.6 MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第5章 控制系統(tǒng)的頻域分析
5.1 頻率特性
5.1.1 頻率特性概述
5.1.2 頻率特性的求取
5.1.3 頻域性能指標
5.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
5.2.1 概述
5.2.2 典型環(huán)節(jié)的頻率特性
5.3 系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性
5.3.1 系統(tǒng)的開環(huán)對數頻率特性
5.3.2 系統(tǒng)開環(huán)極坐標圖(奈氏圖)
5.3.3 最小相位和非最小相位系統(tǒng)
5.4 奈奎斯特穩(wěn)定判據
5.4.1 映射定理
5.4.2 Nyquist軌跡及其映射
5.4.3 Nyquist穩(wěn)定判據一
5.4.4 Nyquist穩(wěn)定判據二
5.4.5 Nyquist對數穩(wěn)定判據
5.5 控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性
5.5.1 增益裕量
5.5.2 相角裕量
5.5.3 用幅相頻率特性曲線分析系統(tǒng)穩(wěn)定性
5.6 閉環(huán)系統(tǒng)的頻率特性
5.6.1 等M圓(等幅值軌跡)
5.6.2 等N圓(等相角軌跡)
5.6.3 利用等M圓和等N圓求單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性
5.6.4 非單位反饋系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性
5.7 用頻率特性分析系統(tǒng)品質
5.7.1 閉環(huán)頻域性能指標與時域性能指標的關系
5.7.2 開環(huán)頻率特性與時域響應的關系
5.8 MATLAB頻域特性分析
5.8.1 Bode圖
5.8.2 Nyquist圖
5.8.3 Nichols圖
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第6章 控制系統(tǒng)的設計與校正
6.1 概述
6.1.1 系統(tǒng)的性能指標
6.1.2 系統(tǒng)的校正
6.2 線性系統(tǒng)的基本控制規(guī)律
6.2.1 比例(P)控制作用
6.2.2 比例微分(PD)控制作用
6.2.3 積分(I)控制作用
6.2.4 比例積分微分(PID)控制作用
6.3 校正裝置及其特性
6.3.1 無源超前校正裝置
6.3.2 無源滯后校正裝置
6.3.3 無源滯后超前校正裝置
6.4 頻率法進行串聯(lián)校正
6.4.1 頻率法的串聯(lián)超前校正
6.4.2 頻率法的串聯(lián)滯后校正
6.4.3 頻率法的串聯(lián)滯后超前校正
6.4.4 按期望特性對系統(tǒng)進行串聯(lián)校正
6.5 反饋校正
6.5.1 比例負反饋校正
6.5.2 微分負反饋校正
6.5.3 反饋校正的設計
6.6 復合校正
6.6.1 反饋控制與前饋校正的復合控制
6.6.2 反饋控制與擾動補償校正的復合控制
6.7 基于MATLAB和Simulink的線性控制系統(tǒng)設計
6.7.1 相位超前校正
6.7.2 相位滯后校正
6.7.3 Simulink下的系統(tǒng)設計和校正
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第7章 非線性系統(tǒng)分析
7.1 非線性系統(tǒng)概述
7.1.1 非線性系統(tǒng)的特點
7.1.2 非線性系統(tǒng)的分析和設計方法
7.2 典型非線性特性
7.3 相平面分析法
7.3.1 相平面的基本概念
7.3.2 線性系統(tǒng)的相軌跡
7.3.3 二階非線性系統(tǒng)的線性化
7.3.4 相軌跡圖的繪制
7.3.5 由相軌跡圖求時間
7.3.6 非線性系統(tǒng)的相平面分析
7.4 描述函數法
7.4.1 描述函數的定義
7.4.2 典型非線性環(huán)節(jié)的描述函數
7.4.3 非線性系統(tǒng)的簡化
7.4.4 描述函數分析法
7.5 基于Simulink的非線性系統(tǒng)分析
7.5.1 非線性系統(tǒng)的特點
7.5.2 非線性系統(tǒng)的響應
7.5.3 非線性系統(tǒng)的相軌跡
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
第8章 采樣控制系統(tǒng)
8.1 概述
8.2 采樣過程與采樣定理
8.3 采樣信號保持器
8.3.1 零階保持器
8.3.2 一階保持器
8.4 Z變換
8.4.1 Z變換定義
8.4.2 Z變換方法
8.4.3 Z變換性質
8.4.4 Z反變換
8.5 采樣系統(tǒng)的數學模型
8.5.1 線性定常差分方程
8.5.2 差分方程求解
8.5.3 脈沖傳遞函數(Z傳遞函數)
8.6 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
8.6.1 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定條件
8.6.2 勞斯穩(wěn)定判據
8.6.3 朱利穩(wěn)定判據
8.6.4 采樣周期與開環(huán)增益對穩(wěn)定性的影響
8.7 采樣系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.1 單位階躍輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.2 單位斜坡輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
8.7.3 單位加速度輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差
8.8 采樣系統(tǒng)的暫態(tài)響應與脈沖傳遞函數零、極點分布的關系
8.9 采樣系統(tǒng)的校正
8.9.1 數字控制器的脈沖傳遞函數
8.9.2 最少拍系統(tǒng)的脈沖傳遞函數
8.9.3 求取數字控制器的脈沖傳遞函數
8.9.4 關于閉環(huán)脈沖傳遞函數(z)或e(z)的討論
8.10 MATLAB在采樣系統(tǒng)中的應用
8.10.1 連續(xù)系統(tǒng)的離散化
8.10.2 求采樣系統(tǒng)的響應
8.10.3 采樣系統(tǒng)的最少拍設計
本章小結
本章典型題、考研題詳解及習題
附錄A 常用函數的拉普拉斯變換表
附錄B 常用函數的Z變換表
參考文獻
書單推薦
