自动控制原理

第1章自动控制系统概述1

1.1自动控制系统的定义和表示方法1

1.1.1人工控制和自动控制2

1.1.2自动控制系统的表示方法3

1.2开环控制和闭环控制4

1.2.1开环控制4

1.2.2闭环控制5

1.2.3开环控制和闭环控制的比较6

1.2.4复合控制6

1.3控制系统的组成7

1.4对自动控制系统的基本要求8

1.5自动控制系统的分类10

1.5.1线性系统和非线性系统10

1.5.2定常系统和时变系统11

1.5.3连续系统和离散系统12

1.5.4恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统12

1.5.5单变量系统和多变量系统13

1.6自动控制理论发展简史13

1.7自动控制系统实例16

1.8本课程的特点与学习方法18

小结19

控制与电气学科世界 学者——瓦特19

思维导图20

思考题20

习题21

第2章控制系统的数学模型24

2.1控制系统数学模型概述24

2.1.1数学模型的定义24

2.1.2数学模型的简化性与分析准确性25

2.1.3数学模型的分类25

2.1.4控制系统的建模方法26

2.2控制系统的时域数学模型26

2.2.1控制系统微分方程的建立26

2.2.2非线性微分方程的线性化30

2.3数学基础——拉普拉斯变换33

2.3.1拉普拉斯变换的定义33

2.3.2典型函数的拉氏变换33

2.3.3拉氏变换的基本性质37

2.3.4拉氏反变换38

2.3.5应用拉氏变换解线性微分方程40

2.4控制系统的复域数学模型41

2.4.1传递函数41

2.4.2典型环节的传递函数43

2.4.3传递函数的标准形式47

2.4.4电气网络的运算阻抗与传递函数48

2.5控制系统的结构图及其等效变换50

2.5.1系统结构图的组成50

2.5.2系统结构图的绘制50

2.5.3结构图的基本变换53

2.5.4结构图的化简及其传递函数55

2.6信号流图与梅森增益公式60

2.6.1信号流图60

2.6.2梅森增益公式62

2.7控制系统的传递函数65

2.8相似原理68

小结70

控制与电气学科世界 学者——维纳70

思维导图71

思考题71

习题72

第3章线性控制系统的时域分析法77

3.1典型输入信号及系统性能指标77

3.1.1典型输入信号78

3.1.2系统时域性能指标78

3.2一阶系统的时域分析80

3.2.1一阶系统的数学模型80

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应80

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应82

3.2.4一阶系统的单位斜坡响应82

3.2.5三种响应之间的关系83

3.3二阶系统的时域分析83

3.3.1二阶系统的数学模型84

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应86

3.3.3欠阻尼二阶系统的动态性能指标89

3.3.4二阶系统的单位脉冲响应97

3.3.5二阶系统的单位斜坡响应98

3.3.6非零初始条件下的二阶系统响应100

3.4改善二阶系统动态性能的措施101

3.4.1测速反馈控制101

3.4.2比例-微分控制104

3.5高阶系统的时域分析107

3.5.1高阶系统的单位阶跃响应108

3.5.2闭环 极点109

3.6线性控制系统的稳定性分析109

3.6.1稳定的概念110

3.6.2线性系统稳定的充要条件110

3.6.3劳斯稳定判据111

3.6.4赫尔维茨稳定判据115

3.7线性控制系统的稳态性能分析117

3.7.1控制系统误差与稳态误差117

3.7.2终值定理法求稳态误差118

3.7.3控制系统型别120

3.7.4静态误差系数法求稳态误差120

3.7.5扰动信号作用下的稳态误差124

3.7.6动态误差系数法求动态误差125

3.8减小或消除稳态误差的方法126

3.8.1增大开环放大倍数126

3.8.2增加串联积分环节127

3.8.3复合控制127

3.9基于Matlab的控制系统时域分析128

小结131

控制与电气学科世界 学者——麦克斯韦131

思维导图132

思考题132

习题133

第4章线性系统的根轨迹法136

4.1控制系统的根轨迹136

4.1.1闭环零、极点与开环零、极点之间的关系138

4.1.2根轨迹方程139

4.2绘制180°根轨迹的基本规则140

4.3广义根轨迹151

4.3.1参数根轨迹151

4.3.20°根轨迹152

4.4闭环零、极点分布对系统性能的影响155

4.4.1系统闭环零、极点分布与阶跃响应的数学关系式155

4.4.2闭环极点分布与系统动态性能关系156

4.4.3利用 极点估算系统的性能指标158

4.5添加开环零、极点对根轨迹的影响160

4.5.1添加开环零点对根轨迹的影响160

4.5.2添加开环极点对根轨迹的影响161

4.5.3添加开环偶极子对根轨迹的影响163

4.6基于Matlab的控制系统根轨迹分析164

小结166

控制与电气学科世界 学者——伊文思166

思维导图167

思考题168

习题168

第5章线性系统的频域分析法170

5.1频率特性的基本概念和表示方法170

5.1.1频率特性的基本概念170

5.1.2频率特性图形表示方法174

5.2对数频率特性图（伯德图）174

5.2.1对数频率特性图174

5.2.2典型环节对数频率特性图175

5.2.3开环对数频率特性图绘制181

5.3 小相位系统与非 小相位系统183

5.4由对数幅频特性曲线确定开环传递函数184