自动控制原理

内容简介

自动控制原理是一门学习和掌握控制理论与自动化技术的重要专业基础课。本书介绍经典控制理论的基础知识，包括控制系统的模型建立和简化，系统的稳定概念和判据，动静态性能的理论分析与计算，根轨迹分析方法、对数频率特性分析方法等多种常用的分析方法和线性系统的设计方法等内容。本书还简要介绍了常用的数学工具——拉普拉斯变换，为学习原理知识奠定基础。本书可以作为远程教育课程的自动化、电工、电子、机械等相关专业的教材或参考书。

目录

第1章 绪论
单元导学l：认识控制系统
1.1 自动控制系统的基本概念
1.1.1 控制系统发展的三个理论阶段
1.1.2 控制系统的基本构成
1.1.3 控制系统的分类
1.2 自动控制系统的分析和设计步骤
1.2.1 自动控制系统的基本要求
1.2.2 自动控制系统的分析和设计步骤
习题1
第2章 拉普拉斯变换
单元导学2：分析和设计控制系统时需要用到的数学工具
2.1 拉普拉斯变换的基本概念
2.1.1 拉氏变换的定义
2.1.2 基本环节的拉氏变换
2.2 拉普拉斯变换的常用性质和定理
2.2.1 线性性质
2.2.2 微分性质
2.2.3 积分性质
2.2.4 延迟性质
2.2.5 复位移性质
2.2.6 初值定理
2.2.7 终值定理
2.3 拉普拉斯反变换
2.3.1 象函数的根互不相同
2.3.2 象函数有重根
单元导学3：拉氏变换的应用
2.4 用拉普拉斯变换求解微分方程
习题2
第3章 控制系统的数学模型
单元导学4：控制系统的数学模型之传递函数
3.1 系统的微分方程
3.2 传递函数
3.2.1 传递函数的定义
3.2.2 传递函数的性质
3.2.3 基本RLC网络的复阻抗
单元导学5：控制系统的数学模型之结构图
3.3 系统结构图
3.3.1 结构图的四个基本要素
3.3.2 闭环控制系统的结构图
3.3.3 典型环节构成的系统
3.3.4 结构图的化简
单元导学6：控制系统的数学模型之信号流图
3.4 信号流图与梅森公式
3.4.1 信号流图的基本元素
3.4.2 梅森（MASON）公式
习题3
第4章 控制系统的时域分析
单元导学7：控制系统的要特性--稳定性
4.1 线性系统的稳定性
4.1.1 稳定性的定义
4.1.2 线性系统稳定的充要条件
单元导学8：稳定性判据--劳斯判据
4.2 劳斯判据
4.2.1 稳定判据
4.2.2 两种特例的处理
4.3 劳斯判据的应用
4.3.1 确定参数的取值范围
4.3.2 控制系统的相对稳定性
单元导学9：一阶系统的动态分析
4.4 一阶系统的时域分析
4.4.1 典型的输入测试信号
4.4.2 一阶系统的典型结构
4.4.3 一阶系统的单位阶跃响应
4.4.4 一阶系统的设计
单元导学10：二阶系统的动态分析
4.5 二阶系统的时域分析
4.5.1 二阶系统的典型结构
4.5.2 阻尼比与单位阶跃响应
4.5.3 动态性能指标
4.5.4 主要参数与系统动态性能的关系
4.6 二阶系统的设计
4.6.1 已知开环传递函数求主要参数
4.6.2 已知闭环传递函数求动态性能指标
4.6.3 已知动态性能指标求传递函数
4.6.4 已知单位阶跃响应求传递函数
单元导学11：控制系统的稳态分析
4.7 控制系统的稳态误差
4.7.1 基本概念
4.7.2 稳态误差的计算
4.7.3 扰动误差的概念
习题4
第5章 根轨迹法
单元导学12：控制系统特性分析的图解法之根轨迹
5.1 基本概念
5.1.1 根轨迹的定义
5.1.2 根轨迹的开环传递函数
5.1.3 根轨迹的增益
单元导学13：根轨迹满足的两个基本条件
5.2 根轨迹的基本条件
单元导学14：根轨迹的绘制
5.3 绘制根轨迹的基本法则一
5.3.1 根轨迹的连续性、对称性
5.3.2 根轨迹的起点与终点
5.3.3 根轨迹的数量
5.3.4 实轴上的根轨迹段落
5.4 绘制根轨迹的基本法则二
5.4.1 根轨迹的渐近线
5.4.2 根轨迹在实轴上的分离点和会合点
5.4.3 根轨迹与虚轴的交点
5.5 绘制根轨迹的基本法则三
5.5.1 开环共轭复极点的出射角
5.5.2 开环共轭复零点的入射角
单元导学15：根轨迹的一些特性
5.6 根轨迹中闭环极点的计算
5.6.1 闭环极点的和与积
5.6.2 添加开环极零点对根轨迹的影响
单元导学16：根轨迹

摘要与插图

   
和开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个测量元件模块和一个信号比较模块。测量元件的作用是感受或测量被控制量的实际值，并把它转换为可以进行比较的信号。测量元件的输出信号称为主反馈信号。比较环节则是将输入信号与主反馈信号进行比较，其输出为偏差信号，即系统输出量的实际值与参考输入值之差。
   
从信号传递的过程来看，以偏差信号作为控制器的输入，以此为依据产生校正系统偏差的控制作用。因为控制的目的是逐渐减小实际值与参考值之间的偏差，加上比较环节巾用输入信号减去主反馈信号，因此闭环控制系统又称为负反馈控制。虽然只增加了一个负反馈通道，但从控制思想上看，负反馈控制系统与开环控制系统有很大的区别。在这个偏差信号中包含了输入信号对被控量的控制作用，也包含了被控量对输入信号的制约作用。这样，在一个闭环负反馈控制系统中包括输入量和输出量两者之间的既相互制约又相互协调的对立统一关系。由于有了这种关系，使控制系统具有自我调节的活力，不但可以克服开环系统对扰动没有抑制的缺点，而且系统的参数经合理配置后，其性能可能达到一个新的水平，具有更高的精度和更快的速度。
   
闭环控制系统的特点为：①由负反馈构成闭环，利用偏差信号进行控制；②对于外界扰动和系统内参数的变化等引起的偏差能够自动纠正；③系统元件参数配合不当，容易产生振荡，使系统不能正常工作，因而存在稳定性问题。尽管③是闭环控制系统的缺点，但闭环控制仍然是一种重要的并被广泛应用的控制方式。自动控制理论主要研究这种控制系统。
  　1.1.3控制系统的分类
　  自动控制系统的形式是多种多样的，根据不同的分类方法可以分成不同的类型。实际上系统还可能是几种方式的组合。
    (1)按信号传递路径，可以分成开环控制系统和闭环控制系统两大类。
   
(2)按输入信号的特征，可以分成恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统三大类。其中恒值控制系统的特点是保持被控量恒定不变，即要求被控量在控制过程进入稳态时于输入量，也要求输入量是恒定不变的；随动控制系统的特点是输入量随时间的变化规律事先不能确定，控制的任务就是在各种情况下快速、准确地使被控量跟踪输入量的变化；程序控制系统的特点是输入量按事先预定的规律变化，是一个已知的时间函数。控制的任务是要求被控量按确定的输入量的时间函数来改变。
　……
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