自动控制原理

第1章 控制系统的基本概念 1.1 控制系统的发展历史 1.2 控制系统的基本类型 1.2.1 恒值控制系统和随动控制系统 1.2.2 线性控制系统和非线性控制系统 1.2.3 连续控制系统和采样控制系统 1.2.4 开环控制系统和闭环控制系统 1.3 控制系统的基本要求 小结 习题 第2章 控制系统的数学模型 2.1 建立动态微分方程的一般方法 2.2 传递函数 2.2.1 传递函数的基本概念第1章 控制系统的基本概念 1.1 控制系统的发展历史 1.2 控制系统的基本类型 1.2.1 恒值控制系统和随动控制系统 1.2.2 线性控制系统和非线性控制系统 1.2.3 连续控制系统和采样控制系统 1.2.4 开环控制系统和闭环控制系统 1.3 控制系统的基本要求 小结 习题 第2章 控制系统的数学模型 2.1 建立动态微分方程的一般方法 2.2 传递函数 2.2.1 传递函数的基本概念 2.2.2 典型环节及其传递函数 2.3 系统的动态结构图 2.3.1 结构图的构成 2.3.2 控制系统的传递函数 2.4 结构图的等效变换 2.4.1 串联环节的等效变换 2.4.2 并联环节的等效变换 2.4.3 反馈环节的等效变换 2.4.4 结构图的等效变换法则 2.4.5 系统结构图等效变换举例 小结 习题 第3章 时域分析法 3.1 典型输人信号及时域性能指标 3.1.1 典型输入信号 3.2 控制系统的稳定性 3.2.1 线性系统稳定性的概念 3.2.2 劳斯判据 3.3 一阶系统的阶跃响应 3.3.1 一阶系统的数学模型 3.3.2 一阶系统的暂态响应 3.3.3 一阶系统的暂态性能指标 3.3.4 三种典型输入信号响应之间的关系 3.4 二阶系统的阶跃响应 3.4.1 二阶系统的数学模型 3.4.2 二阶系统的暂态响应 3.4.3 二阶系统的暂态性能指标 3.4.4 高阶系统与闭环主导极点 3.5 系统的稳态误差分析 3.5.1 误差与稳态误差 3.5.2 在典型输入信号作用下的稳态误差 3.5.3 扰动信号作用下的稳态误差 3.5.4 减少稳态误差的措施 小结 习题 第4章 频率特性法 第5章 系统的校正与设计 第6章 采样控制系统 第7章 状态空间法 教学实验 附录A 拉普拉斯变换 附录B MATLAB基础知识简介 附录C 常用中英文对照表 参考文献href='#' class='section_show_more' id='catalog-btn' dd_name='显示全部信息'>显示全部信息

    控制系统的基本概念1．1控制系统的发展历史

    自动控制与许多现代科技领域有着密不可分的联系，它已经成为现代社会活动中不可缺少的重要组成部分。什么是自动控制?自动控制就是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置(称为控制器)使机器设备或生产过程(称为被控对象)的某种工作状态或某参数(称为被控量，或称为输出量)按照预先没定的规律(称为参考输人或输入量)自动地运行。例如，人造地球卫星能够准确地进入预定轨道运行并且准确回收，宇宙飞船能够准确地降落在月球上并且安全返回．数控机床能够按照预先编制的程序自动地切割工件等都是自动控制水平发展的结果。

    实现自动控制的理论称为自动控制理论。所谓自动控制理论，就是研究自动控制共同规律的技术科学。从自动控制理论发展的历程看，大致可分为以下三个阶段。

    1．经典控制理论阶段(20世纪40～60年代)

    自动控制理论有着悠久的发展历史。早在三千多年前，中国人就发明了自动计时的“铜壶滴漏”装置；公元132年．东汉人张衡发明了世界上第一台自动测量地震的“地动仪”。

    18世纪欧洲产业革命的兴起，加快了经典控制理论和技术的产生与发展。1765年俄国人波尔祖诺夫发明了最早的、具有历史意义的反馈系统——蒸汽机锅炉水位调节器；l。184年英国人瓦特发明了蒸汽机离心式调速器。在大机器时代，如何判定及设计稳定、可靠的调节器成为当时的主要研究课题。1872年劳斯和1 890年赫尔维茨先后提出了线性系统稳定性的代数判据，1892年李雅普诺夫提出了非线性系统的稳定性判据，从而总结和发展了经典时域分析法；1 932年奈奎斯特发表了反馈放大器稳定性的著名论文，给出了在频域内系统稳定性的判据；1 940年伯德义进一步提出了简便、实用的频域响应的对数坐标图，1 945年伯德写了“网络分析和反馈放大器设计”一文，奠定了经典控制理论的基础。20世纪50年代是经典控制理论发展和成熟的阶段。

    经典控制理沦的内容主要包括频率法(拉普拉斯变换及z变换)、根轨迹法、相平面法、描述函数法、稳定性的代数判据和几何判据、校正网络等。经典控制理论较好地解决了单输人单输出自动控制系统存在的问题。与此同时，自动控制系统不断由线性控制向非线性控制发展，由定常系数控制向时变系数控制发展，由连续控制向采样控制发展，由分散控制向集中控制发展．南反馈控制向前馈控制、最优控制发展。

    2．现代控制理论阶段(20世纪60～70年代)

    随着空间技术和电子计算机的快速发展．促进了现代控制理论和技术的产生与发展。20世纪50年代初期，空间技术的发展迫切需要对多输人多输出、高精度参数的时变系统进行设计和分析。当时．对于像这类控制系统都是经典控制理论无法解决的。于是，出现了把高阶常微分方程转化为一阶微分方程组的方法来描述系统的动态过程，即“状态空间法”．这一新的内动控制理论就是现代控制理论。1954年贝尔曼提出了动态规划理论．1 956年庞特里亚金提出了极大值原理，1960年卡尔曼发表了“控制系统的一般理论”，l 961年卡尔曼又与布西合作发表了“线性滤波和预测问题的新结果”，这一切奠定了现代控制理论的基础。20世纪70年代初期，奥斯特隆姆和郎道在自适应控制理论和应用方面作出了贡献。

    现代控制理论的内容主要包括状态空间法、系统辨识、最佳估计、最优控制。现代控制理论基本上解决了多输人多输出自动控制系统的问题，系统既可以是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。现代控制理论不但很好地应用于航空航天及军事等领域，而且还在工业生产过程中逐步发挥作用。

    3．大系统理论与智能控制理论阶段(20世纪70年代至今)

    20世纪70年代末，控制理论从广度和深度上向“大系统理论”和“智能控制理论”方向发展。所谓大系统理论是以过程控制和信息处理为理论基础，研究规模庞大、结构复杂的多输人多输出控制系统。大系统理论的主要内容包括自适应控制、鲁棒控制、预测控制、现代频域控制等，应用于生产过程、空间技术、交通运输、环境保护等大型系统以及社会科学领域。目前，大系统理论仍然处于研究和发展中。

    所谓智能控制理论是研究和模拟人类思维方式及其控制与信息传递过程的规律，应用于具有仿人智能的工程控制与信息处理系统．例如智能机器人。20世纪60年代初期，Smith提出采用性能模式识别器来学习最优控制法以解决复杂系统的控制问题；’1965年Zadeth创立模糊集合论，为解决复杂系统的控制问题提供了强有力的数学工具；l 966年Men&、1提出了“人工智能控制”