本书简要阐述了自动控制的基本理论与应用。全书共9章，前8章着重以现代控制工程为背景，介绍系统建模、时域分析法、根轨迹法、频域分析法、离散系统分析、状态空间分析以及非线性系统分析，各章均包含有Matlab应用技术实例以及与内容密切相关的多种形式的二维码。第9章内容借鉴了国际著名商学院的教育理念与方法，进行现代控制系统的案例分析，以强化学生对控制系统概念的理解，提高对控制系统的分析、设计能力，激发学生的创新理念。
本书为2003年国家精品课程“自动控制原理”主干教材，2008年“自动控制系列课程”国家优秀教学团队精品教材，2013年国家级精品资源共享课程“自动控制原理”主干教材，“十二五”江苏省高等学校重点教材。
样章试读
目录
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前言
第1章 控制系统一般概念 1
1.1 引言 1
1.2 控制科学与控制论、系统论、信息论 2
1.3 自动控制的发展 2
1.4 自动控制系统分类和组成 4
1.4.1 自动控制的有关概念 4
1.4.2 自动控制系统分类 4
1.4.3 开环控制系统与闭环控制系统 5
1.4.4 恒值控制系统和伺服系统 7
1.5 闭环控制系统的基本组成 8
1.6 现代控制系统实例 10
1.7 对控制系统的基本要求 14
1.8 典型控制输入信号或者测试信号 15
习题 17
第2章 控制系统的数学模型 20
2.1 控制系统的微分方程 20
2.1.1 控制系统微分方程的建立 20
2.1.2 非线性系统的线性近似 24
2.2 控制系统的传递函数 27
2.2.1 传递函数的定义 27
2.2.2 常用控制元件的传递函数 32
2.3 控制系统的频率特性 33
2.3.1 频率特性的基本概念 33
2.3.2 频率特性的几何表示方法 35
2.4 控制系统的状态空间模型 37
2.4.1 状态变量与状态空间 37
2.4.2 状态空间表达式 37
2.4.3 各数学模型间的相互转换 40
2.5 控制系统的结构图与信号流图 46
2.5.1 控制系统的结构图 46
2.5.2 控制系统的信号流图 51
2.6 典型控制系统的数学模型 54
2.7 拉普拉斯变换 57
2.7.1 拉普拉斯变换的定义 57
2.7.2 拉普拉斯变换的常用定理 58
2.7.3 拉普拉斯逆变换 61
2.7.4 利用拉普拉斯变换法求解微分方程 64
习题 65
第3章 时域分析法 70
3.1 控制系统的时域响应和时域性能指标 70
3.1.1 控制系统的时域响应 70
3.1.2 控制系统的时域性能指标 70
3.2 线性系统的动态性能分析 71
3.2.1 一阶系统的动态性能分析 71
3.2.2 二阶系统的动态性能分析 76
3.2.3 高阶系统的动态性能近似分析 88
3.3 线性系统的稳定性分析 90
3.3.1 系统稳定性的基本概念 90
3.3.2 线性定常系统稳定的充要条件 91
3.3.3 劳斯判据 92
3.4 线性系统的稳态性能分析 98
3.4.1 误差及稳态误差 98
3.4.2 系统稳态误差的一般性分析 101
3.4.3 利用前馈控制减小或消除稳态误差的方法 107
3.5 PID控制器设计 112
3.5.1 PID控制原理及形式 113
3.5.2 PID参数整定方法 115
3.5.3 时域法的设计实例 121
习题 125
第4章 根轨迹法 132
4.1 根轨迹法的基本概念 132
4.1.1 根轨迹的基本概念 132
4.1.2 根轨迹与系统性能关系分析 133
4.1.3 根轨迹方程 134
4.2 绘制根轨迹的一般方法 136
4.2.1 180°根轨迹(常规根轨迹) 136
4.2.2 0°根轨迹 147
4.2.3 参数根轨迹 148
4.3 根轨迹法设计实例 150
习题 156
第5章 频率响应法 159
5.1 控制系统的频率响应 159
5.1.1 频率响应的概念 159
5.1.2 利用频率响应的概念求稳态输出 161
5.2 开环极坐标图 163
5.2.1 典型环节的极坐标图 163
5.2.2 开环传递函数的极坐标图绘制 168
5.3 开环Bode图 171
5.3.1 典型环节的Bode图 171
5.3.2 开环传递函数的Bode图绘制 176
5.3.3 用Matlab绘制系统的Bode图 180
5.3.4 最小相角和非最小相角系统 182
5.4 频域稳定判据 184
5.4.1 Nyquist稳定判据的数学基础 185
5.4.2 对数频域稳定判据 191
5.4.3 频域稳定裕度 192
5.5 频域性能指标 194
5.6 用Matlab分析系统稳定性 198
5.7 校正补偿及设计 202
5.7.1 典型补偿环节 202
5.7.2 补偿设计实例 204
习题 210
第6章 线性离散系统分析 216
6.1 离散系统的基本概念 216
6.1.1 采样控制系统 216
6.1.2 数字控制系统 218
6.1.3 离散控制系统的特点 219
6.2 信号采样与保持 220
6.2.1 信号采样 220
6.2.2 零阶保持器 221
6.3 z变换理论 221
6.3.1 z变换定义 221
6.3.2 z变换方法 222
6.3.3 z变换的基本性质 223
6.3.4 z反变换 224
6.4 离散系统的数学模型 226
6.4.1 线性常系数差分方程及其解法 226
6.4.2 脉冲传递函数 229
6.4.3 开环系统脉冲传递函数 231
6.4.4 闭环系统脉冲传递函数 233
6.5 离散系统的性能分析 235
6.5.1 稳定性分析 235
6.5.2 离散系统的稳态误差 238
6.6 离散系统的数字PID控制 241
习题 243
第7章 状态反馈系统设计 246
7.1 系统的可控性与可观性 246
7.1.1 系统的可控性 246
7.1.2 系统的可观性 247
7.1.3 系统的可控性与可观性判据 248
7.2 用状态反馈配置闭环系统的极点 249
7.2.1 状态反馈与极点配置 250
7.2.2 用Matlab工具箱进行控制律设计 251
习题 254
第8章 非线性控制系统分析 257
8.1 引言 257
8.2 非线性控制系统概述 257
8.2.1 非线性系统的特点 257
8.2.2 非线性系统的分析与设计方法 260
8.3 常见非线性特性及其对系统性能的影响 260
8.4 描述函数法 265
8.4.1 描述函数的基本概念 265
8.4.2 典型非线性特性描述函数 267
8.4.3 非线性系统的简化 272
8.4.4 描述函数法进行非线性系统分析 275
8.5 非线性控制系统仿真实例 279
习题 282
第9章 现代控制系统案例分析 285
9.1 磁悬浮球控制系统 285
9.1.1 磁悬浮球系统的结构和工作机理 285
9.1.2 磁悬浮球的数学模型 285
9.1.3 磁悬浮球的PID控制 286
9.2 彩色显像管厂玻璃窑炉控制系统 288
9.2.1 玻璃窑炉结构与工作原理 288
9.2.2 玻璃窑炉的温度控制 289
9.3 炼油厂蒸馏塔加热炉纯滞后温度控制系统 293
9.3.1 石油分馏加工流程简介 293
9.3.2 加热炉数学模型的建立 294
9.3.3 加热炉温度系统的PID控制算法设计与研究 294
9.4 四旋翼飞行器视觉跟踪控制系统 297
9.4.1 四旋翼飞行器的结构和飞行原理 297
9.4.2 四旋翼俯仰方向飞行器模型的建立和PID控制 299
附录 中英文术语对照 301
参考文献 304
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