自動控制原理

定　價：￥32.00

作　者：	田玉平主編；田玉平，蔣珉，李世華編著
出版社：	電子工業(yè)出版社
叢編項：	21世紀高等學校電子信息類教材
標　簽：	自動控制理論

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ISBN：	9787505379558	出版時間：	2002-08-01	包裝：	平裝
開本：	26cm	頁數(shù)：	414	字數(shù)：

內(nèi)容簡介

　　本書系統(tǒng)地介紹了自動控制的基本理論。全書共八章。第1章介紹自動控制的一些基本概念，第2章介紹連續(xù)和離散控制系統(tǒng)的數(shù)學描述，第3章介紹基于系統(tǒng)辨識的建模方法，第4章介紹控制系統(tǒng)基于時域和頻域的穩(wěn)定性分析方法，第5章介紹控制系統(tǒng)的時域運動性能分析，第6章介紹連續(xù)和離散系統(tǒng)的校正方法，第7章介紹線性連續(xù)和離散控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合，最后一章介紹非線性控制系統(tǒng)的分析方法，主要是描述函數(shù)法和相平面法。本書的特色在于不是采用傳統(tǒng)的編排方式，即按照經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制兩部分劃分的體系，而是按照控制理論的三個任務，即系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析（主要包括動態(tài)和靜態(tài)性能分析、穩(wěn)定性分析以及系統(tǒng)結構分析）和系統(tǒng)綜合校正、來統(tǒng)一編排內(nèi)容。本書作為高等院校包括電工電子類在內(nèi)的電類各專業(yè)以及非電類相關專業(yè)本科生的教材，亦可供從事自動控制科研工作的專業(yè)工程技術人員自學和參考?！蹲詣涌刂圃怼凡粌H是電類學科的一門專業(yè)基礎課，而且在機械、化工等非電類工程專業(yè)的課程設置中也占有重要地位。近年來，甚至是生物和經(jīng)濟類專業(yè)的學生中也多有選修這一課程的。自動控制原理教材的編寫歷來受到國內(nèi)高校和學術界的重視，已出版了許多不同版本的教材，其中有些優(yōu)秀版本已被廣泛采用。這些教材從使用對象考慮，通常分為自動化專業(yè)類和非自動化專業(yè)類。自動化專業(yè)類的教材一般較為深入和詳盡，而非自動化專業(yè)類的教材通常較為淺易和簡略。從教材的編排方式看，通常又分為兩種。第一種方式是將教學內(nèi)容分為所謂“經(jīng)典”和“現(xiàn)代”兩部分。經(jīng)典部分介紹基于輸入—輸出模型（傳遞函數(shù)）的建模、分析與校正方法，現(xiàn)代部分介紹基于狀態(tài)空間模型的建模、分析與綜合方法。第二種方式試圖打破經(jīng)典與現(xiàn)代的界限，將兩部分內(nèi)容糅合在一起。不過，由于基于傳遞函數(shù)的方法和基于狀態(tài)方程的方法之間存在著明顯的差異，要將它們完全融為一體，是相當困難的，實際上也是不必要的。其實，之所以產(chǎn)生“經(jīng)典”和“現(xiàn)代”的差別，是因為我們過多地關注了自動控制理論的歷史形成過程，或者說，過多地關注了這一理論發(fā)展過程中所形成的不同方法。正是由于這一原因，即使在經(jīng)典控制理論這一部分，也要將根軌跡法和頻率特性法分章介紹。如果我們將目光轉向控制理論的自身內(nèi)容和體系，不難注意到，控制理論是由三部分——系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析（主要包括動態(tài)和靜態(tài)性能分析、穩(wěn)定性分析以及系統(tǒng)結構分析）和系統(tǒng)綜合校正——有機組合而成的，所有不同的方法都是為了完成這三方面的某些任務。因此，一種自然的教材編排方式是根據(jù)控制理論的上述三個任務而不是各種方法來劃分章節(jié)。這樣做的好處，一方面可以避免在介紹不同方法時重復敘述相同的問題，因而節(jié)省了教材篇幅和教學用時；另一方面，可以在同一章針對同一問題講解和比較不同方法，使讀者或學生融會貫通，加深理解。促使我們完成這一改革方案的契機是以東南大學為主承擔的面向21世紀教育部高等工程教育項目——“電工電子系列課程教學內(nèi)容與課程體系改革的研究與實踐”的實施。這是一個力圖使我國電工電子類專業(yè)（國外稱為EE）的高等教育盡快適應現(xiàn)代化教學需要的教改計劃。根據(jù)這一項目的設計思想，《自動控制原理》將作為平臺課程之一向包括電工電子類在內(nèi)的電類各相關專業(yè)講授。這就意味著傳統(tǒng)意義上的“自動化類”和“非自動化類”的界限將變得模糊。如果采用原來的自動化專業(yè)類教材作為平臺課程的教材，難免有些專業(yè)的學生會覺得難以“消化”。而且作為平臺課，課時顯然不宜過多，而在較少的課時下采用傳統(tǒng)的（通常是上、下兩冊的）教材，也是不現(xiàn)實的。如果采用原來的非自動化專業(yè)類教材，則有些專業(yè)（如自動化專業(yè)）又會有“吃不飽”的感覺，而且這些教材很難和自動化專業(yè)后續(xù)的有關控制理論的課程相銜接。因此，編寫一本適合平臺課的新教材就成了我們實施教改計劃的當務之急。授完本書的全部內(nèi)容約需80學時，但根據(jù)專業(yè)需要和課時的限制，本書可以按多種“套餐”方式講授。對于64課時的課程，建議按以下兩種方式講授：第一種方式講授第1，2，3，4，5，6，7，8章，第二種方式講授第1，2，3，4，5，6，7章。對于48課時的課程，也可以按兩種方式講授，第一種方式講授第1，2，3，4，5，6，7，8章，第二種方式講授第1，2，4，5，7章。上述各種方式都可自成一體。第一種方式可能更適合自動化專業(yè)的學生，因為對于這些專業(yè)的學生，有些內(nèi)容，如系統(tǒng)辨識、狀態(tài)空間法等，可在后續(xù)課程中深入學習。第二種方式省去了非線性系統(tǒng)等內(nèi)容，卻包含了線性系統(tǒng)結構分析的內(nèi)容，使得線性系統(tǒng)的控制原理得以較為完整地講授，因此它可能更適合非自動化專業(yè)的學生，因為對他們而言，可能不會有更多的后續(xù)課程來補充控制理論方面的知識。本書是在主編者的教學講義基礎上編寫而成的。第1，2，6，7章由田玉平執(zhí)筆，第3，4，5章由蔣珉執(zhí)筆，第8章由李世華執(zhí)筆。全書由田玉平統(tǒng)稿審定。本書的編寫和出版得到電子工業(yè)出版社和東南大學的大力支持和資助，東南大學自動控制系劉京南教授、東南大學無線電系鄒家祿教授對作者的工作給予許多幫助和鼓勵，書中插圖的計算機繪制由編者們的幾位研究生完成。對此，謹致誠摯的謝意！限于作者水平，書中不妥和疏漏之處恐難避免，切望讀者批評指正。

作者簡介

　　田玉平，東南大學自動控制系教授，博士生導師，長江學者計劃特聘教授。1986年清華大學自動化系本科畢業(yè)，獲學士學位；1991年莫斯科動力學院自動化與計算機技術系研究畢業(yè)，獲前蘇聯(lián)自動控制專業(yè)哲學博士學位；1996年獲俄羅斯技術科學博士學位。曾獲全國第二屆關肇直獎、第三屆全球智能控制與自動化大會最佳理論論文獎和第七屆霍英東教育基金。

圖書目錄

第1章緒論1
11引言1
12自動控制系統(tǒng)的構成1
13閉環(huán)控制和開環(huán)控制3
14控制系統(tǒng)的分類4
141恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)4
142線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)4
143定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)5
144連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)5
第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學描述7
21引言7
22列寫輸入—輸出運動方程7
221機械系統(tǒng)8
222電路系統(tǒng)11
223機電系統(tǒng)12
224液位系統(tǒng)13
23傳遞函數(shù)與系統(tǒng)框圖14
231傳遞函數(shù)14
232方框圖15
233典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)18
234方框圖化簡22
24信號流圖與梅遜公式24
241信號流圖24
242梅遜公式26
25頻率特性函數(shù)29
251頻率特性函數(shù)的定義29
252頻率特性的圖示方法30
253典型環(huán)節(jié)的頻率特性34
254復雜頻率特性圖的繪制41
26狀態(tài)空間模型47
261狀態(tài)47
262狀態(tài)空間48
263狀態(tài)方程和輸出方程48
264狀態(tài)空間模型與輸入—輸出模型之間的關系53
27采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學描述59
271采樣控制系統(tǒng)59
272信號采樣與恢復61
273采樣系統(tǒng)的差分方程描述64
274Z變換66
275脈沖傳遞函數(shù)71
276離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型76
習題78
第3章基于系統(tǒng)辨識的建模方法86
31系統(tǒng)辨識的基本概念86
311系統(tǒng)辨識問題86
312系統(tǒng)辨識的任務及分類87
313系統(tǒng)辨識的基本步驟87
32最小二乘參數(shù)估計88
321最小二乘法原理89
322最小二乘估計的批處理算法91
323最小二乘估計量?耐臣菩災?93
33最小二乘參數(shù)估計的遞推算法及其推廣94
331最小二乘估計的遞推算法94
332最小二乘估計的漸消記憶遞推算法97
333參數(shù)個數(shù)的遞推99
34系統(tǒng)建模的計算機仿真算法101
341模型的階次與階次辨識101
342損失函數(shù)檢驗法102
343系統(tǒng)建模的計算機仿真算法步驟104
習題104
第4章控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析106
41穩(wěn)定性的概念和定義106
42線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件110
421狀態(tài)空間模型110
422輸入—輸出模型111
423離散控制系統(tǒng)113
43系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)115
431連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)及其應用115
432離散系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)判據(jù)123
44根軌跡圖及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析128
441根軌跡圖的基本?拍?129
442幅值條件和幅角條件130
443繪制根軌跡的基本法則132
444根軌跡圖的繪制及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析141
45奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)145
451幅角定理145
452奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)149
453開環(huán)系統(tǒng)含有積分環(huán)節(jié)時判據(jù)的應用153
454奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)在波德圖中的表示形式156
455穩(wěn)定裕度157
46利用MATLAB進行穩(wěn)定性繪圖分析161
習題164
第5章控制系統(tǒng)的時域運動性能分析169
51典型輸入信號169
52控制系統(tǒng)時域響應的求解171
521利用傳遞函數(shù)求解輸出響應172
522利用Ｚ變換法求解差分方程的輸出響應174
523利用狀態(tài)空間模型求解線性定常系統(tǒng)176
524利用狀態(tài)空間模型求解線性離散系統(tǒng)187
53控制系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析191
531瞬態(tài)性能指標191
532一階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析193
533典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析195
534高階系統(tǒng)瞬態(tài)性能分析212
54控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析214
541控制系統(tǒng)的誤差與穩(wěn)態(tài)誤差214
542誤差的數(shù)學模型216
543穩(wěn)態(tài)誤差分析與靜態(tài)誤差系數(shù)217
544控制系統(tǒng)的動態(tài)誤差223
545擾動輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差227
546減小或消除穩(wěn)態(tài)誤差的措施229
547離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差230
55利用MATLAB進行時域分析234
551MATLAB時域響應命令234
552時域響應命令的應用236
553SIMULINK仿真簡介241
習題246
第6章系統(tǒng)校正方法251
61引言251
62系統(tǒng)校正的根軌跡法253
621增加零、極點對根軌跡的影響253
622根軌跡校正舉例255
623校正裝置的實現(xiàn)260
63系統(tǒng)校正的頻率響應法261
631開環(huán)頻率特性與時域性能指標間的關系261
632頻率特性法校正舉例265
64基本控制規(guī)律分析274
641比例控制規(guī)律274
642積分控制規(guī)律275
643比例加積分控制規(guī)律276
644比例加微分控制規(guī)律277
645比例加積分加微分控制規(guī)律278
646PID控制器的參數(shù)調(diào)整280
65局部反饋校正281
66離散系統(tǒng)的數(shù)學校正285
661概述285
662離散系統(tǒng)校正的根軌跡法285
663離散系統(tǒng)校正的頻域法286
664離散系統(tǒng)的最少拍校正法288
習題294
第7章線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合297
71特征值規(guī)范型297
711對角線規(guī)范型297
712約當規(guī)范型301
72狀態(tài)能控性305
721狀態(tài)能控性定義305
722能控性判據(jù)307
73狀態(tài)能觀性313
731狀態(tài)能觀性定義313
732能觀性判據(jù)314
733對偶原理317
74離散系統(tǒng)的能控性和能觀性317
75控制系統(tǒng)的結構分解318
751按能控性分解318
752按能觀性分解324
753按能控性和能觀性分解327
76能控規(guī)范型和能觀規(guī)范型329
761能控規(guī)范型330
762能觀規(guī)范型331
77狀態(tài)反饋與輸出反饋333
771狀態(tài)反饋和輸出反饋的概念333
772狀態(tài)反饋和輸出反饋對系統(tǒng)能控性和能觀性的影響335
78閉環(huán)系統(tǒng)的極點配置336
781極點配置問題336
782極點配置定理338
783極點配置的阿克曼(Ackermann)公式342
784基于輸出反饋的極點配置344
785鎮(zhèn)定問題345
79狀態(tài)觀測器設計348
791全維狀態(tài)觀測器348
792降維觀測器352
710帶有狀態(tài)觀測器的反饋控制系統(tǒng)356
習題360
第8章非線性控制系統(tǒng)365
81概述365
82描述函數(shù)法370
83相平面法387
84利用非線性特性改善系統(tǒng)的性能408
習題409
參考文獻〖HT〗414