自动控制原理与设计-(第六版)

内容简介

本书是自动控制领域的经典著作， 以自动控制系统的分析和设计为主线， 在回顾自动控制系统动态响应和反馈控制的基本特性基础上， 重点介绍了自动控制系统的3种主流设计方法， 即根轨迹设计法、 频率响应设计法和状态空间设计法。此外， 还阐述了非线性系统的分析与设计， 给出了一系列经典控制系统设计实例。全书在阐述自动控制原理和设计方法的过程中， 适时地穿插MATLAB仿真源代码和仿真实验结果。

目录

第1章 反馈控制概述及其历史回顾
1.1 简单的反馈系统
1.2 反馈分析
1.3 历史简介
1.4 全书概述
本章小结
复习题
习题
第2章 动态模型
2.1 机械系统动力学
2.1.1 平移运动
2.1.2 旋转运动
2.1.3 旋转和平移的组合
2.1.4 分布参数系统
2.1.5 小结： 推导刚体的运动方程
2.2 电路模型
2.3 机电系统模型
△2.4 热和液体流动模型
2.4.1 热流动
2.4.2 不可压缩液体的流动
2.5 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第3章 动态响应
3.1 拉普拉斯变换回顾
3.1.1 卷积响应
3.1.2 传递函数与频率响应
3.1.3 拉普拉斯变换
3.1.4 拉普拉斯变换的性质
3.1.5 部分分式法求拉普拉斯反变换
3.1.6 终值定理
3.1.7 应用拉普拉斯变换解决问题
3.1.8 极点和零点
3.1.9 用MATLAB分析线性系统
3.2 系统建模图
3.2.1 方框图
3.2.2 利用MATLAB进行方框图化简
3.3 极点配置的影响
3.4 时域特性
3.4.1 上升时间
3.4.2 超调量和峰值时间
3.4.3 调节时间
3.5 零点和附加极点的影响
3.6 稳定性
3.6.1 有界输入和有界输出稳定性
3.6.2 线性时不变系统的稳定性
3.6.3 劳斯稳定性判据
△3.7 由实验数据建立模型
3.7.1 由瞬态响应数据建立模型
3.7.2 由其他数据建立模型
△3.8 幅值变换与时间变换
3.8.1 幅值变换
3.8.2 时间变换
3.9 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第4章 反馈分析的基本概念
4.1 控制系统的基本方程
4.1.1 稳定性
4.1.2 跟踪性
4.1.3 校正性
4.1.4 灵敏度
4.2 对于多项式输入的稳态误差控制： 系统类型
4.2.1 对于跟踪的系统类型
4.2.2 用于校正和干扰抑制的系统类型
4.3 PID控制器
4.3.1 比例控制（P）
4.3.2 比例积分控制（PI）
4.3.3 比例积分微分控制（PID）
4.3.4 PID控制器的ZN（ZieglerNichols）整定法
4.4 数字控制简介
4.5 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第5章 根轨迹设计法
5.1 基本反馈系统的根轨迹
5.2 绘制根轨迹的原则
5.2.1 绘制正（180°）根轨迹的规则
5.2.2 绘制根轨迹规则小结
5.2.3 参数值的选取
5.3 根轨迹图解举例
5.4 使用动态补偿的设计
5.4.1 使用超前补偿的设计
5.4.2 使用滞后补偿的设计
5.4.3 使用陷波补偿的设计
5.4.4 模拟和数字补偿的实现
5.5 使用根轨迹法的设计实例
5.6 根轨迹法的扩展
5.6.1 绘制负（0°）根轨迹的规则
5.6.2 考虑两个参数的情况
△5.6.3 时间延迟
5.7 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第6章 频率响应设计法
6.1 频率响应
6.1.1 伯德图法
6.1.2 稳态误差
6.2 临界稳定
6.3 奈奎斯特稳定性判据
6.3.1 幅角原理
6.3.2 在控制设计中的应用
6.4 稳定裕度
6.5 伯德增益相位关系
6.6 闭环频率响应
6.7 补偿
6.7.1 PD补偿
6.7.2 超前补偿
6.7.3 PI补偿
6.7.4 滞后补偿
6.7.5 PID补偿
6.7.6 设计的考虑因素
△6.7.7 灵敏度函数性能指标
△6.7.8 灵敏度函数的设计限制
△6.8 时滞
△6.9 数据的其他表示
6.9.1 尼科尔斯图
6.10 历史回顾
本章小结
复习题
习题
第7章 状态空间设计法
7.1 状态空间的优点
7.2 状态空间中的系统描述
7.3 方框图和状态空间
状态空间的时间和幅值换算
7.4 状态方程的分析
7.4.1 方框图与标准型
7.4.2 从状态方程求解动态响应
7.5 全状态反馈的控制规律设计
7.5.1 寻找控制规律
7.5.2 引入全

摘要与插图

译  者  序
今天， 各种自动化装置、 机器人、 无人工厂、 办公自动化设备、 农业自动化、 家庭自动化等形成的社会生产力， 在物联网技术革新和产业发展的浪潮助推下， 把人类社会到一个崭新的时代——智能自动化时代。虽然自动化装置的种类繁多并且应用领域十分广泛， 但是如何分析和设计自动控制系统的基本概念和基本理论却是不变的。因此， 控制工程师们需要对控制系统的特性和分析设计方法有一个基本的认识和了解。另外， 控制系统设计中所采用的许多技术和原理也在其他学科中有着广泛的应用。
本书在帮助读者掌握实际控制系统设计技术的全景过程中， 融会贯通了由基本概念到实际应用的思想。众所周知， 精通控制系统的具体分析和设计需要有一定的悟性和洞察力。坚实的理论基础只是确保充分地理解控制系统， 更为重要的是， 在实际工作中要能敏锐地判断系统的运行情况， 进而思考改进系统性能的方法， 而且要明白如何改进系统设计来满足期望的控制要求。本书的编排和讲解正是沿着这条有效的学习途径进行的， 即在对问题有一个很好理解的基础上， 再提出有效的系统设计方案， 并辅之以必要的仿真实验进行验证设计的结果。
本书涵盖了自动控制理论的基础知识， 重点强调了基本理论分析、 应用设计和技术案例实践， 具有以下鲜明的特点： ● 本书整合了自动化专业过去分散的专业课程， 将经典自动控制理论、 现代控制理论、 数字控制技术和非线性系统理论中的基础知识全部囊括其中， 知识体系清晰、 内容丰富， 适应当今社会对宽口径自动化专业学生的培养需求。
● 每章的开篇都提纲挈领地给出了本章的知识背景和控制要求， 也给出了全章的主要内容结构分布， 在每章末尾还给出了全章所讲述主题的发展历史， 并对关键的知识点及时地进行了小结， 有助于学生进一步理解所学知识， 形成完整的知识体系。
● 本书在介绍自动控制基础的分析和设计方法的同时， 还以丰富的设计实例配以翔实的设计步骤， 是第10章提供的来自实际问题的丰富而系统的案例研究， 让读者能充分体会到每一个设计细节， 有利于快速地培养起学生的分析和设计控制系统的能力。
● 配套网站若由于网络原因无法打开此网址， 读者也可登录华信教育资源网注册下载配套资源——编者注。提供了绘制本书中一系列图形的计算机仿真程序和学习帮助文件。书中和配套网站提供的MATLAB仿真程序为读者提供了验证、 分析和设计自动控制系统的范例， 让读者能够真实地体验到控制效果。本书的第1章和第2章由张拥杰翻译， 第3章和第4章由霍利超翻译， 第5章和第9章由黄桂英翻译， 第6章和第8章由刘贻杰翻译， 第7章由刘佰兰翻译， 第10章和附录由陈夏翻译。颜杰、 李坚明、 段鹏斌、 欧阳灿参与了本书译稿的整理和校对工作。全书由李中华负责统稿、 审校。
由于水平所限， 翻译不妥或错误之处在所难免， 敬请广大读者批评指正。
另外， 在本书付印之前， 我们得到了原书作者提供的勘误表， 因而在的时间内对其进行了逐一订正， 不尽之处请谅解。
前    言
本书第六版依然致力于控制理论的入门课程， 并且保留了过去版本的特点。在新版中， 我们实质上重写了描述反馈基本特性的第4章， 使得内容安排更合乎逻辑顺序， 组稿方式更为有效。还更新了使用计算机辅助设计方法的内容， 以更充分地反映当今的设计是如何实现的。同时， 我们还配备了控制系统工程师， 以更好地指导和检验计算机的计算结果。在内容的更新方面， 对MATLAB的使用也进行了更新， 包括了一些的软件功能。我们保留了第10章的案例研究， 并增加了关于新兴的生物工程领域的新案例