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本教材以培养高素质、具有创新能力的自动化及相关专业高级应用型人才为目标,以人才培养和学生岗位就业为导向,强调实践性、应用性和工程性。教材编写结合了控制理论的发展趋势、课程教学改革形势及实际需求。本教材以基本内容为主线,注重基本概念和基本原理的阐述,突出工程背景,形式多样
创新,具体体现在以下方面:
(1)强化工程背景,通过各类控制系统实例帮助学生理解自动控制原理的概念、方法,而不拘泥于理论上的过多严格证明。
(2)注重理论与实践相结合,既介绍了控制理论的基本原理,又应用了现代信息技术———MATLAB仿真方法,配合课堂教学,帮助学生准确理解相关概念,掌握解题方法和技巧,并检验计算结果。
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(4)教材配套资源丰富(配套内容与教材匹配,包含多媒体课件、试题库、教学大纲、授课计划书、电子教案等),提供全方位的教学解决方案,反映了最新的教学趋势。
本教材从自动控制的一般概念入手,逐步深入到线性系统的建模、分析(时域分析法、根轨迹法、频域分析法)、设计及非线性系统分析等方面。各章均包含 MATLAB应用实例,以提高学生对控制系统的分析、设计能力。针对当前各行业面临的全球化、数字化、网络化等问题,本教材立足于网络数字化、立体化建设,充分体现了“互联网+教育”的特色。
第1章 自动控制的一般概念………………………………………………………………… 1
1.1 自动控制理论发展概述 ……………………………………………………………… 1
1.2 自动控制基本原理 …………………………………………………………………… 2
1.3 自动控制系统的分类 ………………………………………………………………… 7
1.4 典型的自动控制系统 ………………………………………………………………… 9
1.5 对自动控制系统的基本要求………………………………………………………… 13
1.6 本课程研究内容……………………………………………………………………… 14
习 题 ……………………………………………………………………………………… 14
第2章 控制系统的数学模型 ……………………………………………………………… 20
2.1 控制系统的时域数学模型…………………………………………………………… 21
2.2 控制系统的传递函数………………………………………………………………… 25
2.3 控制系统结构图……………………………………………………………………… 33
2.4 控制系统信号流图…………………………………………………………………… 41
2.5 MATLAB在控制系统数学模型中的应用 ………………………………………… 44
习 题 ……………………………………………………………………………………… 46
第3章 控制系统的时域分析 ……………………………………………………………… 55
3.1 典型输入信号与时域性能指标……………………………………………………… 56
3.2 一阶系统的时域分析………………………………………………………………… 60
3.3 二阶系统的时域分析………………………………………………………………… 63
3.4 高阶系统的时域分析………………………………………………………………… 78
3.5 控制系统稳定性分析………………………………………………………………… 79
3.6 控制系统稳态误差分析……………………………………………………………… 90
3.7 MATLAB在控制系统时域分析中的应用 ……………………………………… 104
习 题……………………………………………………………………………………… 109
第4章 控制系统的根轨迹分析…………………………………………………………… 115
4.1 根轨迹的基本概念 ………………………………………………………………… 116
4.2 绘制根轨迹的基本法则 …………………………………………………………… 118
4.3 广义根轨迹 ………………………………………………………………………… 128
4.4 根轨迹的性能分析 ………………………………………………………………… 132
4.5 MATLAB在控制系统根轨迹分析中的应用 …………………………………… 136
习 题……………………………………………………………………………………… 137
第5章 控制系统的频域分析……………………………………………………………… 141
5.1 概 述 ……………………………………………………………………………… 141
5.2 控制系统的频率特性 ……………………………………………………………… 142
5.3 控制系统典型环节的频率特性 …………………………………………………… 148
5.4 控制系统的开环频率特性 ………………………………………………………… 162
5.5 控制系统稳定性频域分析 ………………………………………………………… 173
5.6 控制系统的闭环频域性能指标 …………………………………………………… 189
5.7 MATLAB在控制系统频域分析中的应用 ……………………………………… 193
习 题……………………………………………………………………………………… 197
第6章 控制系统的校正…………………………………………………………………… 203
6.1 概 述 ……………………………………………………………………………… 203
6.2 控制系统校正的基本问题 ………………………………………………………… 204
6.3 控制系统常用的校正装置 ………………………………………………………… 209
6.4 控制系统串联校正 ………………………………………………………………… 220
6.5 MATLAB在控制系统校正中的应用 …………………………………………… 226
习 题 …………………………………………………………………………………… 246
第7章 非线性控制系统分析……………………………………………………………… 249
7.1 概 述 ……………………………………………………………………………… 249
7.2 非线性特性及其对系统运动的影响 ……………………………………………… 252
7.3 描述函数法 ………………………………………………………………………… 258
7.4 相平面法 …………………………………………………………………………… 266
7.5 MATLAB在非线性控制系统分析中的应用 …………………………………… 272
习 题……………………………………………………………………………………… 277
参考文献……………………………………………………………………………………… 281
