自动控制原理 第二版 [李红星，张益农 主编] 2014年版

自动控制原理 第二版 
作　者：李红星，张益农 编 
出版时间：2014 
丛编项：电气工程、自动化专业规划教材 
内容简介 
　　本书系统地介绍了经典控制理论的基本概念、基本原理和基本方法，从控制理论的基础知识入手，结合生产和生活中的实例，较深入地介绍了建立自动控制系统在时域和频域中的数学模型、方块图、信号流图及简化方法；围绕自动控制系统的稳定性、稳态特性和动态特性，详细介绍了用于分析和设计系统的时域法、根轨迹法和频域法，离散系统的稳定性、稳态特性和动态特性的分析方法和数字控制器的设计方法；并对非线性控制系统的描述函数法和相平面法做了介绍。书中引入了MATLAB的应用，详细介绍了采用MATLAB进行控制系统的分析与设计的仿真方法，通过大量的仿真实例，可以帮助读者更好地理解系统分析与设计的基本思路和方法。 
目录 
第1章 自动控制的基本概念1 
1．1 引言1 
1．2 开环控制系统与闭环控制系统2 
1．2．1 开环控制系统2 
1．2．2 闭环控制系统3 
1．2．3 闭环控制系统的组成4 
1．3 自动控制系统的分类5 
1．3．1 按输入信号形式分类5 
1．3．2 按系统中信号传递的性质分类5 
1．3．3 按系统的输入/输出特性分类6 
1．3．4 按系统中参数的时间特性分类6 
1．4 控制系统举例7 
1．4．1 蒸汽机转速控制系统7 
1．4．2 温度控制系统8 
1．4．3 位置随动系统8 
1．4．4 电冰箱制冷系统9 
1．5 对自动控制系统的基本要求9 
小结10 
习题11 
第2章 控制系统的数学模型14 
2．1 引言14 
2．1．1 系统数学模型的定义及特点14 
2．1．2 系统数学模型的类型和建模方法14 
2．2 建立系统的时域数学模型15 
2．2．1 电路系统举例15 
2．2．2 机械力学系统举例16 
2．2．3 机电系统举例17 
2．2．4 流体系统的建模19 
2．2．5 复杂系统举例19 
2．2．6 微分方程建立步骤21 
2．3 非线性系统的线性化21 
2．3．1 小偏差线性化概念22 
2．3．2 线性化方法22 
2．4 微分方程求解24 
2．5 建立系统的复域数学模型25 
2．5．1 传递函数的定义25 
2．5．2 传递函数的性质27 
2．5．3 零点、极点和传递系数27 
2．6 系统的典型环节及传递函数28 
2．6．1 比例环节28 
2．6．2 惯性环节29 
2．6．3 积分环节30 
2．6．4 微分环节31 
2．6．5 振荡环节31 
2．6．6 延时环节31 
2．7 系统方块图32 
2．7．1 方块图的定义32 
2．7．2 方块图的组成和绘制33 
2．7．3 方块图等效变换和简化36 
2．7．4 方块图化简举例39 
2．8 系统信号流图41 
2．8．1 信号流图的基本概念42 
2．8．2 信号流图的画法及简化规则43 
2．8．3 梅逊增益公式45 
2．9 利用MATLAB求解系统的传递函数46 
2．9．1 num和den函数47 
2．9．2 典型化简函数47 
小结49 
习题49 
第3章 线性系统的时域分析法54 
3．1 引言54 
3．1．1 典型输入信号54 
3．1．2 典型时间响应56 
3．1．3 控制系统的性能指标56 
3．2 一阶系统的时域分析58 
3．2．1 一阶系统的数学模型58 
3．2．2 一阶系统的单位阶跃响应58 
3．2．3 一阶系统的单位斜坡响应59 
3．2．4 一阶系统的单位脉冲响应60 
3．2．5 一阶系统的单位加速度响应61 
3．2．6 线性定常系统的重要特性61 
3．3 二阶系统的时域分析63 
3．3．1 二阶系统的数学模型63 
3．3．2 二阶系统的单位阶跃响应64 
3．3．3 欠阻尼二阶系统的动态性能指标67 
3．3．4 二阶系统动态性能的改善71 
3．4 高阶系统的时域分析74 
3．4．1 高阶系统的单位阶跃响应74 
3．4．2 高阶系统的降阶76 
3．5 线性系统的稳定性分析77 
3．5．1 线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件77 
3．5．2 代数稳定判据78 
3．6 线性系统的稳态误差分析82 
3．6．1 误差与稳态误差的定义82 
3．6．2 稳态误差的分析与计算83 
3．6．3 减小稳态误差的方法88 
3．7 用MATLAB进行系统时域分析89 
3．7．1 用MATLAB求系统的输出响应89 
3．7．2 用MATLAB求系统的动态性能指标91 
3．7．3 用MATLAB研究系统的稳定性92 
3．7．4 用MATLAB求静态误差系数及系统的稳态误差93 
小结93 
习题94 
第4章 根轨迹法99 
4．1 根轨迹的基本概念99 
4．2 根轨迹的幅值条件和幅角条件102 
4．3 绘制根轨迹的基本法则103 
4．4 零度根轨迹108 
4．5 根轨迹绘制举例109 
4．6 参数根轨迹112 
4．7 延时系统的根轨迹113 
4．8 控制系统的根轨迹法分析116 
4．8．1 开环零、极点对根轨迹的影响116 
4．8．2 由根轨迹分析控制系统118 
4．9 利用MATLAB绘制根轨迹及分析系统119 
小结125 
习题125 
第5章 线性系统的频域分析法130 
5．1 引言130 
5．2 频率特性130 
5．2．1 频率特性的基本概念130 
5．2．2 频率特性的图形表示法132 
5．3 对数频率特性图（伯德图）132 
5．3．1 对数频率特性图及其特点132 
5．3．2 典型环节的对数频率特性图133 
5．3．3 系统开环对数频率特性的绘制139 
5．3．4 最小相位系统和非最小相位系统142 
5．3．5 确定传递函数的频域实验方法143 
5．3．6 开环频率特性和系统性能的关系149 
5．4 极坐标图（奈奎斯特图）150 
5．4．1 典型环节的极坐标图150 
5．4．2 系统开环极坐标图的绘制153 
5．5 奈奎斯特稳定判据156 
5．5．1 幅角原理156 
5．5．2 奈奎斯特稳定判据158 
5．6 控制系统的相对稳定性166 
5．7 闭环系统频域性能指标169 
5．7．1 系统闭环频率特性169 
5．7．2 利用等M圆图和等N圆图求闭环频域特性170 
5．7．3 频域性能指标与时域指标的关系172 
5．8 用MATLAB进行系统频域分析175 
5．8．1 用MATLAB绘制伯德图175 
5．8．2 用MATLAB绘制极坐标图177 
5．8．3 用MATLAB求系统的稳定裕度179 
5．8．4 用MATLAB绘制尼柯尔斯图180 
小结181 
习题182 
第6章 线性系统的设计方法187 
6．1 引言187 
6．1．1 性能指标187 
6．1．2 校正方式188 
6．2 校正装置189 
6．2．1 超前校正网络及其特性189 
6．2．2 滞后校正网络及其特性191 
6．2．3 滞后-超前校正网络及其特性192 
6．3 串联校正193 
6．3．1 基于频率响应法的串联校正194 
6．3．2 基于根轨迹法的串联校正200 
6．4 反馈校正207 
6．4．1 比例负反馈207 
6．4．2 微分负反馈208 
6．4．3 负反馈208 
6．5 复合校正211 
6．5．1 按扰动补偿的复合控制系统211 
6．5．2 按输入补偿的复合控制系统212 
6．6 PID控制器214 
6．6．1 比例微分（PD）控制214 
6．6．2 比例积分（PI）控制215 
6．6．3 比例积分微分（PID）控制215 
6．7 用MATLAB进行系统校正218 
小结223 
习题223 
第7章 线性离散控制系统229 
7．1 离散系统基本概念及其应用229 
7．1．1 由连续控制系统到离散控制系统229 
7．1．2 离散控制系统的典型结构230 
7．2 采样器和保持器231 
7．2．1 采样器231 
7．2．2 采样定理232 
7．2．3 保持器233 
7．3 Z变换234 
7．3．1 z变换定义235 
7．3．2 求z变换的方法235 
7．3．3 z变换的基本性质237 
7．3．4 z反变换239 
7．4 脉冲传递函数240 
7．4．1 脉冲传递函数的定义及求法240 
7．4．2 开环离散系统的脉冲传递函数241 
7．4．3 闭环离散系统的脉冲传递函数244 
7．5 离散系统的稳定性分析248 
7．5．1 时域中的离散系统稳定的充分必要条件248 
7．5．2 s平面与z平面的映射关系249 
7．5．3 z域中离散系统稳定的充分必要条件250 
7．5．4 离散系统的劳斯稳定判据251 
7．5．5 采样周期与开环增益对离散系统稳定性的影响253 
7．6 离散系统的稳态误差254 
7．7 离散系统的动态性能分析257 
7．8 离散控制系统设计――最少拍控制系统260 
7．8．1 稳定、不含纯滞后环节的广义对象的最少拍控制器设计260 
7．8．2 任意广义对象的最少拍控制器设计264 
7．8．3 最少拍无纹波控制器设计266 
7．9 MATLAB在离散控制系统中的应用268 
7．9．1 MATLAB用于连续系统的离散化268 
7．9．2 MATLAB用于求离散系统的响应269 
7．9．3 MATLAB用于离散系统的稳定性分析270 
小结270 
习题271 
第8章 非线性系统分析275 
8．1 非线性系统的一般概念275 
8．1．1 非线性系统的特点275 
8．1．2 典型非线性及对系统性能的影响278 
8．2 描述函数法281 
8．2．1 非线性特性的描述函数281 
8．2．2 非线性控制系统的描述函数分析285 
8．2．3 用MATLAB的Simulink仿真分析非线性控制系统288 
8．3 相平面法289 
8．3．1 相轨迹特征及性质289 
8．3．2 相轨迹的绘制296 
8．3．3 利用MATLAB绘制相轨迹图297 
8．4 非线性系统的相平面分析299 
8．4．1 用相平面法分析非线性系统299 
8．4．2 用非线性特性改善系统性能304 
小结306 
习题306 
参考文献310