自动控制系统（第3版）

图书标准信息

• 作者 闵虎
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2023-09
• 版次 1
• ISBN 9787121461460
• 定价 69.80元
• 装帧 其他
• 页数 448页

【内容简介】

本书主要讲述自动控制原理及其应用，并系统介绍自动控制系统的基本概念、基本理论、分析与设计方法。全书共9章，第1章为绪论，第2章为控制系统的数学模型，第3章为控制系统时域分析，第4章为根轨迹技术，第5章为线性定常系统的频域分析法，第6章为控制系统的校正设计，第7章为状态变量系统分析与设计，第8章为数字控制系统，第9章为自动控制系统设计实例。 本书以培养应用型、研究型人才为主线，通过新颖且充满挑战性的问题，让学生在寻找问题答案的过程中，充分体会发现的乐趣。本书强调以人为本的思想，每章介绍一位与信息自动化学科有关的国际知名学者，同时介绍信息学科某个专业的主要内容和就业方向，正确引导学生了解信息学科各专业的培养目标及相互联系。 本书可作为高等学校自动化类、电气工程类、电子信息类专业的教材，也可作为人工智能、机械、化工、航空航天等相关专业的教材，还可作为相关工程技术人员的参考书。

【作者简介】

闵虎，男，中山大学数据科院与计算机学院教授，广东省自动化学会常务理事，广东省电子信息工程人才培养教学团队负责人，应用型IT卓越工程师人才培养模式创新实验区负责人。

【目录】

目    录

第1章  绪论001

1.1  引言002

1.2  自动控制的定义和历史回顾002

1.3  自动控制系统举例及术语定义004

1.3.1  液位控制系统004

1.3.2  温度控制系统005

1.3.3  自动控制系统术语定义005

1.4  自动控制系统的基本控制方式006

1.4.1  开环控制006

1.4.2  闭环控制007

1.4.3  复合控制007

1.5  自动控制系统的分类008

1.6  自动控制系统的基本要求010

1.7  自动控制系统课程的性质和内容010

小结011

关键术语和概念011

拓展您的事业——电子学012

习题1012

第2章  控制系统的数学模型015

2.1  引言016

2.2  控制系统的时域数学模型016

2.2.1  微分方程与状态变量数学模型016

2.2.2  线性定常微分方程的解023

2.2.3  非线性系统的线性化023

2.2.4  运动的模态026

2.3  控制系统的复数域数学模型027

2.3.1  传递函数的定义和性质027

2.3.2  传递函数的零点和极点028

2.3.3  传递函数用于分析控制系统的性能028

2.3.4  传递函数数学模型建立举例030

2.4  控制系统的方框图与信号流图032

2.4.1  控制系统的方框图032

2.4.2  方框图的等效变换和简化035

2.4.3  信号流图037

2.4.4  多输入系统的传递函数039

2.5  输入/输出数学模型与状态变量数学模型之间的关系040

2.5.1  由输入/输出数学模型转换为状态变量数学模型040

2.5.2  由状态变量数学模型转换为输入/输出数学模型045

2.5.3  线性定常系统在坐标变换下的特性045

2.6  数学模型的实验测定法048

2.6.1  数学模型实验测定的主要方法048

2.6.2  数学模型的工程辨识049

2.7  MATLAB软件用于控制系统数学模型建立与仿真049

小结053

关键术语和概念054

拓展您的事业——电气工程学科054

习题 2055

第3章  控制系统时域分析058

3.1  引言059

3.1.1  典型输入信号059

3.1.2  时域性能指标060

3.2  几种控制系统的时域分析061

3.2.1  一阶系统的时域分析061

3.2.2  典型二阶系统的时域分析063

3.2.3  高阶系统的时域分析072

3.2.4  MATLAB软件分析控制系统时域响应074

3.3  线性定常系统的稳定性分析078

3.3.1  稳定性的定义及线性定常系统稳定的充分必要条件078

3.3.2  劳斯-赫尔维茨判据081

3.3.3  劳斯-赫尔维茨判据的应用084

3.4  控制系统的稳态误差分析085

3.4.1  误差定义及稳态误差085

3.4.2  稳态误差的计算086

3.4.3  扰动作用下的稳态误差090

3.4.4  减小或消除稳态误差的措施093

小结095

关键术语和概念096

拓展您的事业——自动化学科097

习题3097

第4章  根轨迹技术103

4.1  引言104

4.1.1  根轨迹的基本概念104

4.1.2  根轨迹方程105

4.2  根轨迹绘制的基本法则106

4.3  广义根轨迹119

4.3.1  参数根轨迹120

4.3.2  正反馈系统或非最小相位系统的根轨迹124

4.4  时滞系统的根轨迹126

4.5  根轨迹法在控制系统中的应用130

小结133

关键术语和概念134

拓展您的事业——计算机学科134

习题4135

第5章  线性定常系统的频域分析法139

5.1  引言140

5.1.1  频率特性的基本概念与定义140

5.1.2  频率特性的几何表示法142

5.2  典型环节频率特性曲线的绘制144

5.3  系统的开环频率特性151

5.3.1  开环奈奎斯特图的绘制151

5.3.2  开环伯德图的绘制155

5.3.3  传递函数的频域实验确定159

5.4  线性定常系统频域稳定判据161

5.4.1  奈奎斯特稳定判据的数学基础161

5.4.2  奈奎斯特稳定判据162

5.4.3  对数频率稳定判据169

5.5  稳定裕度172

5.6  闭环系统的频率响应177

5.6.1  闭环系统的频域性能指标178

5.6.2  典型二阶系统的频域性能指标179

5.6.3  确定闭环频率特性的图解法：尼科尔斯图法180

5.6.4  频域性能指标和时域性能指标的转换185

5.7  MATLAB软件在系统频域分析中的应用188

小结190

关键术语和概念191

拓展您的事业——通信系统学科192

习题5192

第6章  控制系统的校正设计195

6.1  引言196

6.1.1  控制系统的分析与设计196

6.1.2  不同校正方法的性能指标197

6.1.3  基本校正方式198

6.2  控制器的基本控制规律199

6.2.1  比例控制规律199

6.2.2  积分控制规律200

6.2.3  比例积分控制规律202

6.2.4  比例微分控制规律203

6.2.5  比例积分微分控制规律204

6.2.6  局部速度反馈控制规律205

6.3  常用的校正装置及其特性206

6.3.1  无源校正网络207

6.3.2  自动化仪表中的PID控制器209

6.4  根轨迹法在控制系统校正设计中的应用210

6.4.1  超前串级校正210

6.4.2  滞后串级校正215

6.4.3  串级PID校正217

6.4.4  局部反馈校正218

6.5  伯德图频域法在控制系统校正设计中的应用226

6.5.1  超前串级校正226

6.5.2  滞后串级校正230

6.5.3  滞后超前校正233

6.5.4  串级校正的预期开环频率特性设计235

6.6  工业过程控制中PID控制器参数的工程整定240

6.6.1  飞升曲线法241

6.6.2  临界比例度法242

6.7  复合校正控制系统设计244

6.7.1  按扰动补偿的复合控制244

6.7.2  按输入补偿的复合控制245

6.8  实用的PID控制器结构与健壮控制问题247

6.8.1  理想的PID控制器247

6.8.2  实用的PID控制器248

6.8.3  二自由度比例积分微分控制问题249

6.8.4  健壮控制系统的设计251

6.9  MATLAB软件在控制系统设计中的应用261

6.9.1  用MATLAB软件与频域法设计控制系统261

6.9.2  用MATLAB软件与根轨迹法设计控制系统263

小结268

关键术语和概念268

拓展您的事业——电子仪器学科269

习题6269

第7章  状态变量系统分析与设计273

7.1  引言274

7.2  线性定常系统的时域响应274

7.2.1  线性定常系统齐次状态方程的解与状态转移矩阵274

7.2.2  状态转移矩阵的性质和意义276

7.2.3  线性定常系统非齐次状态方程的解277

7.3  连续系统的李雅普诺夫稳定性分析281

7.3.1  李雅普诺夫稳定性概念281

7.3.2  李雅普诺夫稳定性理论283

7.3.3  线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析289

7.3.4  非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析——克拉索夫斯基法290

7.3.5  李雅普诺夫第二法的其他应用293

7.4  控制系统的可控性和可观测性296

7.4.1  可控性和可观测性的定义297

7.4.2  线性定常系统的可控性判据298

7.4.3  线性定常连续系统的可观测性判据303

7.4.4  线性系统可控性与可观测性的对偶关系305

7.4.5  控制系统的结构分解305

7.5  线性定常系统的极点配置设计312

7.5.1  状态反馈和输出反馈的概念312

7.5.2  状态变量闭环控制系统的极点配置设计314

7.5.3  基于状态观测器的控制系统设计329

小结335

关键术语和概念335

拓展您的事业——科学研究与信息工程教育事业336

习题 7337

第8章  数字控制系统340

8.1  引言341

8.1.1  采样控制过程341

8.1.2  数字控制系统的组成343

8.2  信号的采样与保持343

8.2.1  采样过程343

8.2.2  采样过程的数学描述344

8.2.3  香农采样定理346

8.2.4  采样周期的选取346

8.2.5  信号保持347

8.3  Z变换理论349

8.3.1  Z变换的定义349

8.3.2  Z变换的方法349

8.3.3  Z变换的基本定理352

8.3.4  Z反变换354

8.4  离散系统的数学模型356

8.4.1  线性定常离散系统差分方程及其解法356

8.4.2  脉冲传递函数358

8.4.3  开环系统脉冲传递函数359

8.4.4  闭环系统脉冲传递函数361

8.5  线性定常离散系统的稳定性363

8.5.1  线性定常离散系统稳定的充要条件363

8.5.2  线性定常离散系统的稳定性判据365

8.6  离散系统的稳态误差366

8.7  离散系统的动态性能分析367

8.8  数字控制器的设计370

8.8.1  模拟化设计方法370

8.8.2  数字化设计方法371

8.9  MATLAB在数字控制系统中的应用374

8.9.1  用MATLAB软件实现Z变换和Z反变换374

8.9.2  连续系统模型与离散系统模型的转换377

8.9.3  基于MATLAB软件的线性定常数字控制系统的稳定性分析378

8.9.4  基于MATLAB软件的数字控制系统的时域分析380

小结385

关键术语和概念386

拓展您的事业——软件工程学科386

习题8387

第9章  自动控制系统设计实例390

9.1  引言391

9.2  温度控制器的设计与实现391

9.2.1  温度控制系统分析391

9.2.2  温度控制系统硬件设计395

9.2.3  温度控制系统性能测试398

9.3  倒立摆控制系统设计与实现401

9.3.1  倒立摆控制系统数学模型的建立402

9.3.2  倒立摆控制系统硬件设计405

9.3.3  倒立摆控制系统算法仿真409

9.3.4  倒立摆控制系统实现418

小结420

关键术语和概念420

拓展您的事业——航空航天技术421

附录A  拉普拉斯变换422

附录B  李雅普诺夫主稳定性定理的证明431

附录C  常用Z变换表434

参考文献435