自动控制原理（非自动化专业 第3版）

　　《自动控制原理（非自动化专业第3版）/普通高等教育“十二五”规划教材·电子信息类精品教材》介绍自动控制原理的基本概念和方法，包括经典控制理论和现代控制理论的主要内容，适合作为信息学科本科学生平台课程教材和非自动控制专业理工科学生的教材。《自动控制原理（非自动化专业第3版）/普通高等教育“十二五”规划教材·电子信息类精品教材》共9章：第1章绪论，介绍自动控制系统的基本概念、定义、术语；第2章控制系统的数学模型，介绍连续系统的时域模型、复域模型、状态空间描述；第3章控制系统的时域分析，对系统动态性能、稳态性能和稳定性进行分析的方法作了详细的讨论；第4章根轨迹法，介绍根轨迹的绘制方法和利用根轨迹对系统进行分析的基本方法；第5章控制系统的频域分析，介绍线性系统频率特性的概念和频域分析方法；第6章线性控制系统设计与综合，介绍线性系统设计与综合的基本概念和常用的设计方法；第7章采样系统分析，介绍了z变换、脉冲传递函数以及离散系统的分析方法；第8章状态空间分析设计，讨论了线性定常系统的状态空间分析和基本设计方法；第9章MATLAB在控制系统分析中的应用，介绍MATLAB在控制系统设计工具箱中的主要函数和应用实例。各学校和专业可根据实际情况，选择有关章节组织教学。《自动控制原理（非自动化专业第3版）/普通高等教育“十二五”规划教材·电子信息类精品教材》的特点是内容精炼，重点突出，强调基本概念、基本原理的掌握与应用，特别适合非自动化专业本科生自动控制原理教学的要求。

　　王敏，华中科技大学自动控制系教授，中国人工智能学会机器人专业委员会秘书长中国电 工技术学会高校工业自动化教育专业委员会委员

第1章 绪论 1
1．1 自动控制的基本概念 1
1．1．1 基本概念 1
1．1．2 开环控制与闭环控制的实例 2
1．2 自动控制理论的发展 3
1．3 控制系统的分类 5
1．4 对控制系统的基本要求 6
本章小结 6
习题1 6
第2章 控制系统的数学模型 8
2．1 基本概念 8
2．2 时域模型――微分方程 9
2．2．1 建立系统或元件微分方程的
步骤 9
2．2．2 典型系统的微分方程 10
2．2．3 非线性方程线性化方法 13
2．3 复域模型――传递函数 14
2．3．1 传递函数的定义 14
2．3．2 传递函数的性质和物理意义 15
2．3．3 典型环节的传递函数 16
2．3．4 传递函数的表示方式和术语 18
2．4 控制系统方块图 19
2．4．1 方块图简介 19
2．4．2 方块图的化简 20
2．4．3 闭环系统的方块图和传递函数 23
本章小结 26
习题2 27
第3章 线性系统的时域分析 29
3．1 系统的稳定性分析 29
3．1．1 稳定的概念 29
3．1．2 稳定的充要条件 30
3．1．3 劳斯稳定判据 31
3．2 二阶系统的动态性能分析 36
3．2．1 典型输入信号 37
3．2．2 动态性能指标 38
3．2．3 二阶系统的时域响应 38
3．2．4 高阶系统的时域响应 44
3．3 系统稳态性能分析 46
3．3．1 稳态误差的定义 47
3．3．2 输入信号作用下系统的稳态
误差 47
3．3．3 扰动信号作用时系统的稳态
误差 51
本章小结 53
习题3 53
第4章 根轨迹法 57
4．1 根轨迹的基本概念 57
4．2 绘制根轨迹的基本规则 58
4．3 控制系统根轨迹的绘制 63
4．4 广义根轨迹 68
4．4．1 以非K*为变参数的根轨迹 68
4．4．2 正反馈系统的根轨迹 69
4．4．3 非最小相位系统的根轨迹 70
4．5 线性系统的根轨迹分析方法 73
4．5．1 主导极点的概念 73
4．5．2 增加开环零极点对根轨迹的
影响 75
本章小结 77
习题4 77
第5章 线性系统的频域分析法 79
5．1 线性系统的频率响应 79
5．2 频率特性的图形表示 81
5．2．1 幅相频率特性曲线 81
5．2．2 对数频率特性曲线 89
5．3 奈奎斯特稳定性判据 97
5．3．1 奈奎斯特稳定判据的数学
基础 97
5．3．2 奈奎斯特稳定判据 98
5．4 控制系统的相对稳定性 102
5．4．1 相对稳定性 102
5．4．2 稳定裕度的求取 104
5．5 频域响应分析 107
5．5．1 频域性能指标 107
5．5．2 频域指标与时域指标的关系 107
本章小结 110
习题5 110
第6章 线性系统的校正 114
6．1 系统设计与校正的概念 114
6．1．1 系统性能指标 114
6．1．2 校正的实质 115
6．1．3 校正方式 116
6．1．4 对数幅频特性的形状对系统
性能指标的影响 116
6．2 常用校正装置 118
6．2．1 源超前网络 118
6．2．2 源滞后网络 119
6．2．3 滞后-超前源网络 120
6．3 串联校正的频率法设计 120
6．3．1 串联超前校正 120
6．3．2 串联滞后校正 122
6．3．3 串联滞后-超前校正 124
6．4 PID调节器 125
6．4．1 PID的基本控制作用 126
6．4．2 PID控制器的参数确定 128
本章小结 131
习题6 131
第7章 采样系统分析 133
7．1 引言 133
7．2 信号的采样与保持 133
7．2．1 采样信号的数学表示 133
7．2．2 采样信号的频谱分析 134
7．2．3 采样定理 135
7．2．4 信号的保持 136
7．3 z变换 137
7．3．1 z变换的定义 137
7．3．2 z变换的求法 137
7．3．3 z变换的性质 139
7．3．4 z反变换 141
7．4 采样系统的脉冲传递函数 143
7．4．1 脉冲传递函数的定义和意义 143
7．4．2 脉冲传递函数的求法 144
7．4．3 开环脉冲传递函数 144
7．4．4 闭环脉冲传递函数 145
7．5 采样系统分析 147
7．5．1 采样系统的稳定性 147
7．5．2 采样系统的稳态性能 149
7．5．3 采样系统的动态性能 151
本章小结 154
习题7 154
第8章 状态空间分析设计 156
8．1 状态空间模型 156
8．1．1 状态变量表达式相关概念 156
8．1．2 由微分方程建立状态变量
表达式 158
8．1．3 状态变量表达式和传递函数的
关系 163
8．2 状态空间的线性变换 167
8．2．1 线性变换 167
8．2．2 线性变换的不变性 168
8．2．3 线性系统的规范化 169
8．3 线性定常系统状态方程的解 174
8．3．1 线性定常系统齐次方程的解 174
8．3．2 状态转移矩阵的性质 174
8．3．3 状态转移矩阵的求取 176
8．3．4 非齐次状态方程的解 177
8．4 线性连续系统的可控性与
可观测性分析 178
8．4．1 线性连续系统的可控性与
可观测性的概念 178
8．4．2 线性连续系统的可控性判据 179
8．4．3 线性定常连续系统的可观测性
判据 181
8．4．4 通过线性变换将单输入系统化
为可控标准型和可观测
标准型 182
8．4．5 对偶原理 185
8．4．6 传递函数与可控性、可观测性
的关系 185
8．5 线性定常系统的状态反馈和极点
配置 185
8．5．1 状态反馈和输出反馈 185
8．5．2 状态反馈进行极点的任意配置 187
本章小结 189
习题8 189
第9章 MATLAB在控制系统分析中的
应用 191
9．1 基于MATLAB的数学建模 191
9．1．1 建立传递函数模型的MATLAB
相关函数 191
9．1．2 方块图的标准连接的MATLAB
相关函数 192
9．1．3 传递函数的零极点求取的
MATLAB相关函数 193
9．2 基于MATLAB的时域分析 194
9．2．1 常用函数 194
9．2．2 应用举例 195
9．3 基于MATLAB的根轨迹分析 199
9．3．1 常用函数 199
9．3．2 应用举例 200
9．4 基于MATLAB的频域分析和
设计 202
9．4．1 常用函数 202
9．4．2 应用举例 203
9．5 基于MATLAB的采样系统
分析 205
9．5．1 常用函数 206
9．5．2 应用举例 206
9．6 状态空间分析 207
9．6．1 常用函数 208
9．6．2 应用举例 211
参考文献 214