自动控制原理

　　《自动控制原理》主要面向工程应用型自动化专业的学生，以经典控制理论为主，适当介绍现代控制理论的基本知识。全书共9章，各章内容分别为绪论、控制系统的数学模型、线性控制系统的时域分析、控制系统的根轨迹分析、控制系统的频域分析、控制系统的校正、采样控制系统、非线性控制系统、控制系统的状态空间分析与设计。《自动控制原理》注重控制工程背景的描述，介绍基本分析方法时，对问题的引出给予足够的重视。在相应章节介绍了基本分析方法后，给出相应的具有工程背景的实例进行分析。全书注重介绍工程中广泛应用的PID控制方法，并在各章中均有涉及，以帮助读者掌握相关分析、设计思想方法。除基本内容外，对于非线性系统的反馈线性化方法、鲁棒性的概念，也以浅显的方式进行简单介绍，以使学生对近年来控制理论的进展有一定了解。第3章后均给出Matlab语言进行仿真计算的例子，在实例中还利用Simulink等工具箱，给出多样的仿真，帮助学生理解控制理论的基本应用。为适应不同领域应用背景的需要，除工业控制系统的实例外，对其他应用背景的控制问题也给予一定重视。为使学生掌握基本分析方法，每章末尾集中给出具有一定难度的综合性例题，可供学生自学或习题课选用。习题采用思考题、练习题、习题、综合与设计题几种形式，以帮助学生熟悉基本概念，掌握基本方法，了解理论的工程应用，从而适应不同层次的需要。《自动控制原理》可作为高等学校自动化、电气工程及其自动化等专业的教材，也可作为测控技术与仪器、机电一体化、计算机科学与技术等相关专业的教学参考书，对从事控制工程领域研究、设计和开发的工程技术人员，《自动控制原理》也具有较好的参考价值。

　　刘小河，男，1955年10月生。1982年、1989年、2001年分别在陕西机械学院、重庆大学、西安理工大学获工学学士、硕士、博士学位。1999年晋升为教授。现为北京信息科技大学学术委员会委员，控制科学与工程一级学科责任教授，控制理论与控制工程学科（北京市重点建设学科）学科带头人，自动化学院院长，院学术委员会主席。北京交通大学兼职教授，博士生导师。兼任中国自动化学会应用专业委员会委员，北京市人工智能学会常务理事，中国电子教育学会理事、中国电子教育学会电子高教分会理事。2006-20-12年任教育部教学指导委员会自动化专业分委员会委员，2006年入选北京市创新拔尖人才，获北京市优秀教师称号。2009年获首都教育先锋教学创新先进个人称号，2010年获北京市高校育人标兵称号。2012年被评为北京市第八届教学名师。长期从事自动化、电气工程领域的教学和科研工作。主持承担国家自然科学基金、教育部重点项目、北京市自然科学基金重点项目及面上项目、陕西省自然科学基金、北京市教委科技基金重点项目及面上项目等十余项。获国家教学优秀成果一等奖、省级教学优秀成果一等奖各一项，省级科技进步奖及其他奖项等多项。在国内外学术期刊及学术会议发表论文共90余篇，其中El、ISTP等检索收录30余篇。出版专著40B，教材1部。主要研究方向为：自适应控制与鲁棒控制，非线性系统分析与控制，非线性电路与系统。

第1章 绪论
1.1 自动控制系统的组成和基本工作方式
1.2 自动控制系统示例
1.2.1 工业自动控制系统
1.2.2 其他领域的自动控制问题
1.3 自动控制系统的分类
1.3.1 连续系统与离散系统
1.3.2 线性系统与非线性系统
1.3.3 单输入-单输出系统和多输入-多输出系统
1.3.4 两类典型的反馈控制系统
1.4 自动控制系统设计的基本要求
1.4.1 对自动控制系统的基本要求
1.4.2 自动控制系统设计概述
1.5 自动控制理论的发展回顾和
本书的内容简介
习题
第2章 控制系统的数学模型
2.1 单输入一单输出线性系统的时域描述
2.1.1 典型对象（环节）的微分方程
2.1.2 控制系统微分方程的建立
2.2 单输入一单输出线性控制系统的传递函数描述
2.2.1 拉普拉斯（Laplace）变换及基本性质
2.2.2 传递函数的定义和意义
2.2.3 典型环节的传递函数
2.3 动态结构图及其化简
2.3.1 控制系统的动态结构图描述
2.3.2 动态结构图的等效变换和化简
2.3.3 闭环系统的典型传递函数
2.4 信号流图
2.4.1 信号流图的定义及性质
2.4.2 Mason公式及应用
2.5 非线性系统的线性化
2.5.1 非线性系统的线性近似
2.5.2 非线性系统反馈线性化的概念
2.6 多输入一多输出控制系统的描述
2.6.1 控制系统的状态变量描述
2.6.2 多输入一多输出线性系统的传递函数矩阵描述
2.7 典型控制系统的模型
2.7.1 机械与机电系统
2.7.2 工业过程系统
2.7.3 非工程系统
本章小结
例题和习题
第3章 线性控制系统的时域分析
3.1 控制系统时域分析引论
3.1.1 控制系统时域分析的基本概念
3.1.2 典型输入信号
3.1.3 线性系统的零状态响应
3.1.4 控制系统的性能指标
3.2 一阶系统分析
3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应
3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应
3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应
3.2.4 线性定常系统的重要特性
3.3 二阶系统
3.3.1 二阶系统的数学模型
3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应
3.3.3 二阶系统的性能指标分析
3.3.4 二阶系统响应特性的改善
3.3.5 二阶系统的脉冲响应
3.4 高阶系统分析
3.4.1 高阶系统的动态响应
3.4.2 主导极点
3.5 线性控制系统的稳定性分析
3.5.1 稳定性的基本概念
3.5.2 线性系统稳定性的充要条件
3.5.3 劳斯判据及应用
3.5.4 控制系统的相对稳定性
3.6 控制系统的稳态误差
3.6.1 控制系统的误差
3.6.2 输入作用下的稳态误差
3.6.3 静态误差系数
3.6.4 扰动作用下的稳态误差
3.6.5 减小或消除稳态误差的措施
3.7 用Matlab进行动态分析
3.8 实例分析
本章小结
例题和习题
第4章 控制系统的根轨迹分析
4.1 根轨迹的基本概念
4.1.1 闭环系统的根轨迹
4.1.2 根轨迹方程
4.2 根轨迹的基本性质及绘图的基本规则
4.2.1 根轨迹的基本性质
4.2.2 根轨迹绘图的基本规则
4.3 控制系统的根轨迹绘制
4.3.1 单回路系统的根轨迹
4.3.2 参量根轨迹
4.3.3 多回路系统的根轨迹
4.3.4 正反馈回路的根轨迹
4.4 控制系统的根轨迹分析
4.4.1 增加开环零点对根轨迹的影响
4.4.2 增加开环极点对根轨迹的影响
4.4.3 基本PID控制作用对根轨迹的影响
4.4.4 由根轨迹分析控制系统
4.5 应用Matlab绘制根轨迹
4.6 应用根轨迹法分析和设计控制系统实例
本章小结
例题和习题
第5章 控制系统的频域分析
5.1 控制系统频率特性的基本概念
5.1.1 线性系统的正弦稳态响应和频率特性
……
第6章 控制系统的校正
第7章 采样控制系统
第8章 非线性控制系统
第9章 控制系统的状态空间分析与设计
部分习题答案
参考文献