自动控制原理（第2版）
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作者胥布工 主编
出版社电子工业出版社
ISBN9787121279539
出版时间2016-01
装帧平装
开本16开
定价49.8元
货号23897513
上书时间2024-10-18
商品详情
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前言
第2版 前 言
本书第1版是作为“十二五”规划而编写的本科生自动化专业核心基础课教材，通过增加反馈控制系统特性的内容，加强了自动控制系统的教学，形成了自己的特色。经过五年来的教学实践，取得了较好的教学效果。第2版是面向“十三五”规划教学改革的需要而修订的，主要工作如下：
? 对全书各章节进行了回顾，根据教学实践中发现的各种问题，有侧重地改写了有关词汇和句子叙述，也修改和替换了部分例子和习题。同时，尽**可能纠正第1版中所发现的错误和不足。
? 与时俱进地增加了现代的反馈控制理论内容。
上述前一项修订工作，编著者仍按第1版中各自执笔的内容分工(见第1版前言)开展工作，而第二项工作由主编执笔完成新增加的6.8节、6.9节、6.10节和6.11节内容。采用经典的奈奎斯特稳定性，稳定裕度以及伯德幅频特性图等本科教学大纲的基本概念和原理，系统地阐述了现代的加权灵敏度函数频域分析法，使新增内容仍然适合本科生的教学。因此，修订后的教材内容已不限于经典自动控制理论部分，也引入了现代反馈控制理论的相关内容。为了前后保持一致，新增内容在写作上尽可能保持原来的风格，并采用与各章节一致的符号。为方便读者自学，书后还提供了各章习题参考答案。全书*后由主编执笔校改统稿完成定稿。
20世纪80年代以来，反馈控制系统理论有了飞跃发展，Zame (1981) 提出了加权灵敏度函数的H无穷范数优化问题，并强调了权函数的作用。在一些发达国家大学控制类专业中，已不同程度地引入了这些现代的反馈控制理论内容供高年级本科生选修，如Doyle等人(1991)所编著的教材《反馈控制系统》。本次修订有选择性地介绍了这方面的工作，在新增内容的把握上主要基于以下三点考虑：
(1)考虑到目前国内《自动控制原理》类课程教学针对的是精确对象模型，因此，新增加的6.8节、6.9节和6.10节针对精确对象模型来阐述加权灵敏度函数分析方法，这是在本科生课程的知识范围内展开的，这部分可纳入本科生教学范围，也是属于与时俱进的新内容。
(2)加权灵敏度函数分析法可严谨地处理对象不确定性的情况，这也是增加这部分内容的主要目的，新增加的6.11节中给出了针对不确定性对象情况的应用例子。目前，对象不确定性一般不在本科生教学大纲要求范围内，但采用反馈控制的主要原因是系统内外存在着各种不确定性，见6.11.1节的讨论。显然，控制系统的鲁棒性能分析应该是“自动控制原理”类课程需要介绍的知识，符合该课程内容发展和改革的需要。本教材采用经典的基本概念和原理并结合图解的方式来阐述，可适用于本科生程度的教学，供读者学习参考。
(3)基于加权灵敏度函数的分析，可建立闭环成形法(Shaping)来设计控制器，因涉及更高级的概念和更复杂的问题，比如，系统的范数，模型匹配，控制器的参数化和**化等，显然已超出了本科生课程教学大纲，故修订中未引入这方面的内容。
修订后的教材还需要教学实践的不断检验，在此欢迎采用本教材的广大教师、学生和读者多提宝贵意见(E-mail: aubgxu@scut.edu.cn)。
本书的修订获得了广东省质量工程项目(粤教高函〔2013〕113号)的资助。华南理工大学教务处、电子工业出版社对本书的修订工作给予了大力支持。编著者在此表示衷心感谢！
主编于广州?华南理工大学
导语摘要
本书是广东省精品资源共享课 "自动控制原理”的主教材，是为"十三五”规划教学改革需要而修订的本科生自动化专业核心基础课教材。本书系统地阐述了自动控制理论的基本概念、原理，自动控制系统的分析和校正设计方法，包括20世纪80年代发展起来的加权灵敏度函数分析法。全书分3部分，共计9章：**部分为反馈控制系统的建模、稳定性与特性，由第1章绪论、第2章控制系统的数学模型和第3章控制系统的稳定性及特性组成；第二部分为线性控制系统的分析与校正，由第4章线性控制系统的时域分析、第5章根轨迹分析法、第6章频率特性分析法（包括现代的加权灵敏度函数频域分析法）和第7章线性控制系统的校正组成；第三部分由第8章线性离散控制系统和第9章非线性控制系统组成。 本书在内容编排上面向宽口径的自动化专业，力求与时俱进地进行教材改革实践与创新：解决教学过程中发现的问题；满足宽口径自动化专业的需要；增加面向控制工程的理论与知识；增强计算机辅助教学的应用；采用经典的概念和原理系统地阐述了现代的加权灵敏度函数分析法及其应用；各章安排了丰富的例题和习题，为方便读者自学，书后还提供了各章习题参考答案。本书配有电子课件、MATLAB源代码、习题参考答案及详解等教学资源。
作者简介
胥布工，广东省精品资源共享课程《自动控制原理》负责人和主讲人，享受国务院政府特殊津贴专家。__eol__2008-2012*自动化教学指导分委员会委员；担任过中国自动化学会理事、过程控制专业委员会委员、《Journal of Control Theory and Applications》英文学术期刊副主编。现任控制理论专业委员会委员，关肇直奖评奖委员会委员。
目录
第2版前言
第1版前言
第1章 绪论1
1.1 引言1
1.1.1 自动控制理论发展简史1
1.1.2 控制工程实践3
1.2 自动控制的基本原理4
1.2.1 人工控制与自动控制4
1.2.2 开环控制与闭环控制6
1.2.3 反馈控制系统的基本要求8
1.3 反馈控制系统的组成9
1.3.1 按构成系统的基本元件划分9
1.3.2 按系统内部基本功能环节划分10
1.3.3 若干常用术语11
1.4 控制系统的分类12
1.4.1 按参考输入信号特征分类12
1.4.2 按系统环节间信号传递形式分类12
1.4.3 按描述系统的动态方程分类13
1.5 控制系统应用实例三则14
1.6 控制系统设计概述16
1.7 本书内容安排18
1.7.1 组织结构18
1.7.2 学习安排19
1.8 小结20
习题120
第2章 控制系统的数学模型23
2.1 引言23
2.2 系统的微分方程23
2.2.1 列写物理系统的微分方程23
2.2.2 微分方程的增量化与无因次化27
2.2.3 非线性微分方程的线性化28
2.2.4 控制系统的微分方程30
2.3 传递函数32
2.3.1 线性系统传递函数的概念和定义33
2.3.2 传递函数的常用表现形式34
2.3.3 典型输入信号及其拉普拉斯变换35
2.3.4 单位脉冲响应函数37
2.3.5 求解系统输出响应的方法38
2.3.6 典型环节及其传递函数41
2.4 结构图47
2.4.1 结构图的组成和基本连接方式47
2.4.2 结构图的等效变换49
2.5 信号流图51
2.5.1 信号流图及有关术语51
2.5.2 信号流图的运算51
2.5.3 信号流图与结构图的对应关系52
2.5.4 梅逊公式及其应用53
2.6 输入-输出模型与内部状态模型的关系55
2.6.1 传递函数模型与相变量型状态流图模型55
2.6.2 传递函数模型与状态方程模型的相互转换56
2.7 利用MATLAB的建模和仿真57
2.7.1 输入传递函数和化简结构图57
2.7.2 求解系统的输出响应59
2.8 小结61
习题262
第3章 控制系统的稳定性及特性69
3.1 引言69
3.2 反馈控制系统的结构及其传递函数69
3.2.1 开环传递函数69
3.2.2 闭环传递函数70
3.2.3 偏差传递函数70
3.3 闭环系统的稳定性71
3.3.1 稳定性的概念和定义71
3.3.2 闭环传递函数的极点与系统的稳定性72
3.3.3 劳斯判据及其应用74
3.4 反馈控制系统的特性80
3.4.1 瞬态响应的改进80
3.4.2 稳态误差的减小81
3.4.3 对内部模型的灵敏度82
3.4.4 对外部干扰的抑制83
3.5 复杂反馈控制系统的基本结构及其特性84
3.5.1 内环反馈校正85
3.5.2 串级控制85
3.5.3 前馈-反馈控制88
3.6 利用MATLAB分析系统的稳定性及特性89
3.6.1 判定系统的稳定性89
3.6.2 求解灵敏度函数91
3.7 小结91
习题392
第4章 线性控制系统的时域分析97
4.1 引言97
4.2 测试输入信号与时域性能指标97
4.2.1 常用测试输入信号97
4.2.2 时域性能指标98
4.3 一阶系统的时域分析99
4.3.1 一阶系统的一般形式99
4.3.2 一阶系统的单位阶跃响应100
4.3.3 一阶系统的单位脉冲响应101
4.4 二阶系统的时域分析102
4.4.1 二阶系统的一般形式102
4.4.2 二阶系统的单位阶跃响应102
4.4.3 二阶系统单位阶跃响应的性能指标105
4.4.4 二阶系统的单位脉冲响应109
4.4.5 二阶系统的性能改善110
4.4.6 具有零点的二阶系统分析113
4.4.7 扰动作用下的二阶系统分析117
4.5 高阶系统的时域分析119
4.5.1 高阶系统的时域响应119
4.5.2 闭环主导极点120
4.6 稳态误差分析122
4.6.1 控制系统的类型123
4.6.2 参考输入作用下的稳态误差123
4.6.3 扰动输入作用下的稳态误差126
4.6.4 提高稳态精度的方法128
4.7 基本控制规律的时域分析131
4.7.1 比例(P)控制132
4.7.2 比例加微分(PD)控制132
4.7.3 比例加积分(PI)控制133
4.7.4 比例加积分加微分(PID)控制134
4.8 利用MATLAB进行控制系统的时域分析135
4.8.1 参考输入响应分析135
4.8.2 扰动输入响应分析136
4.9 小结137
习题4138
第5章 根轨迹分析法143
5.1 引言143
5.2 根轨迹的基本概念143
5.2.1 根轨迹图143
5.2.2 根轨迹方程145
5.3 绘制根轨迹的一般方法146
5.3.1 绘制根轨迹的基本法则147
5.3.2 参数根轨迹的绘制156
5.4 根轨迹法的扩展应用157
5.4.1 双回路系统的根轨迹157
5.4.2 延迟系统的根轨迹159
5.4.3 0度根轨迹的绘制162
5.5 开环零、极点对系统根轨迹的影响164
5.5.1 开环零点对根轨迹的影响164
5.5.2 开环极点对根轨迹的影响165
5.5.3 开环偶极子对根轨迹的影响165
5.6 利用MATLAB分析控制系统的根轨迹166
5.6.1 绘制根轨迹与求取根轨迹增益166
5.6.2 分析控制系统的稳定性168
5.7 小结169
习题5169
第6章 频率特性分析法172
6.1 引言172
6.2 频率特性的基本概念172
6.2.1 频率响应与频率特性的定义172
6.2.2 频率特性的物理意义174
6.2.3 反馈控制系统的典型频率特性175
6.3 频率特性图示法177
6.3.1 幅相频率特性曲线177
6.3.2 对数频率特性曲线178
6.3.3 对数幅相特性曲线179
6.4 系统的开环频率特性179
6.4.1 基本因式的频率特性179
6.4.2 幅相频率特性曲线的起点、走向和终点184
6.4.3 开环对数频率特性曲线的渐近线和转折频率186
6.4.4 *小相位系统和非*小相位系统190
6.5 奈奎斯特稳定判据191
6.5.1 幅角原理192
6.5.2 幅角原理的应用193
6.5.3 奈奎斯特稳定判据的应用194
6.5.4 基于对数频率特性的奈奎斯特稳定判据199
6.6 稳定裕度200
6.6.1 幅稳定裕度和相稳定裕度201
6.6.2 稳定裕度与时域性能指标的关系204
6.7 基于开环对数频率特性的系统性能分析206
6.7.1 低频段特性与系统稳态误差的关系206
6.7.2 中频段特性与系统瞬态性能的关系207
6.7.3 高频段特性与闭环频率特性的关系209
6.8 闭环频率特性与系统性能指标209
6.8.1 闭环频率特性的求取210
6.8.2 | T(jω)|的特征量与时域性能指标的关系215
6.8.3 **峰值指标与稳定裕度指标的关系216
6.9 基于灵敏度函数的稳态误差分析218
6.9.1 参考输入作用下系统的稳态误差218
6.9.2 外部干扰输入作用下系统的稳态误差219
6.10 基于灵敏度函数幅频特性的系统性能分析220
6.10.1 灵敏度函数幅频特性与系统动态性能要求220
6.10.2 加权灵敏度问题与性能权函数221
6.11 加权灵敏度函数分析的进一步应用224
6.11.1 采用反馈控制的原因224
6.11.2 控制系统的鲁棒性225
6.11.3 鲁棒性能与鲁棒稳定性227
6.12 利用MATLAB进行控制系统的频率特性分析229
6.12.1 绘制奈奎斯特图和伯德图229
6.12.2 分析控制系统的性能231
6.13 小结235
习题6236
第7章 线性控制系统的校正242
7.1 引言242
7.2 校正的基本概念243
7.2.1 校正的动机和期望性能指标243
7.2.2 校正方式244
7.2.3 校正装置的设计方法245
7.2.4 常用校正装置的特性245
7.2.5 校正装置的实现250
7.3 频率法设计串联校正252
7.3.1 超前校正的频率法设计252
7.3.2 滞后校正的频率法设计255
7.3.3 滞后-超前校正的频率法设计257
7.3.4 期望开环对数幅频特性设计法260
7.4 根轨迹法设计串联校正261
7.4.1 超前校正的根轨迹法设计261
7.4.2 滞后校正的根轨迹法设计264
7.4.3 滞后-超前校正的根轨迹法设计266
7.5 PID校正266
7.5.1 PID校正的频率法设计266
7.5.2 PID校正的参数整定法设计267
7.6 局部反馈校正269
7.6.1 局部反馈校正的设计思路26
内容摘要
本书是广东省精品资源共享课 "自动控制原理”的主教材，是为"十三五”规划教学改革需要而修订的本科生自动化专业核心基础课教材。本书系统地阐述了自动控制理论的基本概念、原理，自动控制系统的分析和校正设计方法，包括20世纪80年代发展起来的加权灵敏度函数分析法。全书分3部分，共计9章：**部分为反馈控制系统的建模、稳定性与特性，由第1章绪论、第2章控制系统的数学模型和第3章控制系统的稳定性及特性组成；第二部分为线性控制系统的分析与校正，由第4章线性控制系统的时域分析、第5章根轨迹分析法、第6章频率特性分析法（包括现代的加权灵敏度函数频域分析法）和第7章线性控制系统的校正组成；第三部分由第8章线性离散控制系统和第9章非线性控制系统组成。 本书在内容编排上面向宽口径的自动化专业，力求与时俱进地进行教材改革实践与创新：解决教学过程中发现的问题；满足宽口径自动化专业的需要；增加面向控制工程的理论与知识；增强计算机辅助教学的应用；采用经典的概念和原理系统地阐述了现代的加权灵敏度函数分析法及其应用；各章安排了丰富的例题和习题，为方便读者自学，书后还提供了各章习题参考答案。本书配有电子课件、MATLAB源代码、习题参考答案及详解等教学资源。
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胥布工，广东省精品资源共享课程《自动控制原理》负责人和主讲人，享受国务院政府特殊津贴专家。__eol__2008-2012*自动化教学指导分委员会委员；担任过中国自动化学会理事、过程控制专业委员会委员、《Journal of Control Theory and Applications》英文学术期刊副主编。现任控制理论专业委员会委员，关肇直奖评奖委员会委员。
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