书籍详情
控制系统原理与工程基础
作者：陈志勇，郭美凤
出版社：清华大学出版社
出版时间：2023-10-01
ISBN：9787302646648
定价：¥48.00
内容简介
本书是为机械、仪器和车辆等高等学校工科专业的本科生编写的一本关于自动控制原理和方法的教材，主要针对单输入单输出线性定常控制系统阐述相关的理论和方法。本书介绍了控制环节微分方程的建立、拉普拉斯变换及传递函数、系统的瞬态响应特性、稳态误差理论、稳定性判据和频率响应特性等基础理论；讨论了系统开环、闭环、时域和频域特性之间的关系及比较理想的开环频率特性；从频率特性的角度论述了各种控制器的工作原理和设计方法，分析了用根轨迹法设计控制器的思路和过程，还介绍了二自由度控制、输入前馈控制和干扰前馈补偿等控制结构，及多个控制系统实例。在数字控制部分，介绍了数字控制系统和z変变换，主要讨论了用模拟-离散变换方法设计数字控制器的问题。本书注重用图形和举例辅助对控制理论和方法的探讨。除了用作本科生教材，本书也可作为相关专业的研究生和工程技术人员的参考资料。
作者简介
陈志勇，男，1973-，2001年获工学博士学位于清华大学精密仪器系，现为清华大学精密仪器系副研究员。为 精品课“控制工程基础”课组主讲教师，课组所开设的“控制工程基础”慕课课程于2017年获评 首届 “ 精品在线开放课程”。2020年课组开设的“控制工程基础”课程获评首届本科线下课程。参与教材撰写2部，其中“控制工程基础”第4版于2021年获全国教材建设二等奖。学科方向为仪器科学与技术，发表论文30余篇。
目录
第1章 绪论
1.1 自动控制系统
1.2 开环控制与闭环控制
1.3 闭环控制系统的实现形式
1.4 系统的干扰和输入
第2章 控制环节的数学描述
2.1 一些物理环节的数学描述
2.2 线性环节的数学模型的一般形式
习题
第3章 拉普拉斯变换与传递函数
3.1 线性微分方程
3.1.1 线性齐次微分方程的一般理论
3.1.2 常系数线性齐次微分方程的解
3.1.3 高阶线性非齐次微分方程的解
3.2 拉普拉斯变换
3.2.1 拉普拉斯变换的定义
3.2.2 常用函数及其拉普拉斯变换
3.2.3 拉普拉斯变换的性质
3.2.4 拉普拉斯逆变换
3.2.5 用拉普拉斯变换法解微分方程
3.3 传递函数
3.3.1 传递函数的定义
3.3.2 传递函数实例
3.3.3 相关名词
习题
第4章 系统的瞬态响应特性
4.1 一阶系统的瞬态响应
4.2 二阶系统的瞬态响应
4.3 高阶系统的瞬态响应
4.4 瞬态响应的性能指标
习题
第5章 控制系统的框图和传递函数
5.1 控制系统的框图
5.2 框图的简化和等效变换
5.3 梅森公式
5.4 叠加原理和闭环控制系统的传递函数
习题
第6章 反馈控制系统的工作机制和稳态误差
6.1 反馈控制系统的工作机制
6.1.1 温度控制箱的自动控制框图
6.1.2 尝试设计控制器
6.1.3 能实现零稳态误差的控制器
6.2 反馈控制系统的稳态误差
6.2.1 控制系统理想的输入一输出关系
6.2.2 稳态偏差和稳态误差
6.2.3 相应于输入信号的稳态偏差
6.2.4 干扰引起的稳态偏差
6.2.5 内模原理
习题
第7章 系统的稳定性与劳斯一赫尔维茨判据
7.1 闭环系统的稳定性问题
7.2 系统稳定性的实质
7.3 劳斯一赫尔维茨判据
习题
第8章 奈奎斯特稳定性判据
8.1 映射定理
8.2 奈奎斯特判据
8.3 奈奎斯特图的作图及判据应用
习题
第9章 系统的频率响应特性
9.1 频率响应特性
9.2 伯德图
9.3 小相位系统
9.4 系统开环频率特性的关键参数
9.5 开环与闭环频率响应特性的关系
9.6 系统闭环频率响应的特征参数
习题
0章 闭环时域特性与开环频域特性的关系
10.1 系统时域与频域特性的定性分析
10.2 系统时域与频域参数的定量关系
10.2.1 一个典型系统
10.2.2 谐振峰值与相位裕量的关系
10.2.3 超调量与相位裕量的关系
10.2.4 建立时间与相位裕量及增益交越频率的关系
10.2.5 闭环截止角频率与开环增益交越角频率的关系
10.3 理想的系统开环频率特性
1章 较优的系统模型
11.1 综合误差指标
11.2 较优的Ⅰ型系统
11.3 较优的Ⅱ型系统
11.4 基于期望频率特性的控制器设计方法
习题
2章 控制器
12.1 控制器的类型与原理
12.1.1 比例控制器
12.1.2 积分控制器
12.1.3 比例一积分控制器
12.1.4 相位滞后校正器
12.1.5 比例一微分控制器
12.1.6 相位超前校正器
12.1.7 比例一积分一微分控制器
12.2 控制器参数的设定方法
12.2.1 比例控制器
12.2.2 PI控制器
12.2.3 PD和相位超前校正器
12.2.4 PID控制参数的设定
12.2.5 PID控制参数的实验调整方法
12.3 控制器的实现
习题
弟13章 根轨迹法
13.1 根轨迹
13.2 根轨迹规则
13.3 控制器零极点的配置方法
13.4 参数根轨迹方法
习题
4章 控制系统的其他构型
14.1 二自由度控制结构
14.2 输入的前馈控制
14.3 干扰的前馈补偿
14.3.1 干扰一偏差的频率响应
14.3.2 干扰一偏差瞬态响应
14.3.3 干扰前馈补偿结构
习题
5章 几个控制系统实例
15.1 自动增益控制
15.2 运算放大电路
15.3 锁相环
15.4 自激振荡系统
15.5 倒立摆
15.6 永磁直流电动机伺服系统
15.6.1 永磁直流电动机的传递函数
15.6.2 电流环
15.6.3 速度环
15.6.4 位置环
习题
6章 数字控制系统概述
16.1 数字控制系统的结构
16.2 采样
16.3 零阶保持器
16.4 数字控制系统中的信号及信号的延迟
7章 z变换
17.1 差分方程
17.2 z变换
17.2.1 定义
17.2.2 几种离散时间序列的z变换
17.2.3 z变换的性质和定理
17.3 离散传递函数
17.4 s平面与z平面的映射关系
17.5 z平面极点位置与瞬态响应特性的关系
习题
8章 数字控制器的连续一离散设计方法
18.1 前向、后向差分法
18.2 双线性变换法
18.3 零极点匹配法
18.4 各方法的映射偏差
18.5 双线性变换法的频率特性校正
习题
附录 拉普拉斯变换表和z变换表
参考文献
1.1 自动控制系统
1.2 开环控制与闭环控制
1.3 闭环控制系统的实现形式
1.4 系统的干扰和输入
第2章 控制环节的数学描述
2.1 一些物理环节的数学描述
2.2 线性环节的数学模型的一般形式
习题
第3章 拉普拉斯变换与传递函数
3.1 线性微分方程
3.1.1 线性齐次微分方程的一般理论
3.1.2 常系数线性齐次微分方程的解
3.1.3 高阶线性非齐次微分方程的解
3.2 拉普拉斯变换
3.2.1 拉普拉斯变换的定义
3.2.2 常用函数及其拉普拉斯变换
3.2.3 拉普拉斯变换的性质
3.2.4 拉普拉斯逆变换
3.2.5 用拉普拉斯变换法解微分方程
3.3 传递函数
3.3.1 传递函数的定义
3.3.2 传递函数实例
3.3.3 相关名词
习题
第4章 系统的瞬态响应特性
4.1 一阶系统的瞬态响应
4.2 二阶系统的瞬态响应
4.3 高阶系统的瞬态响应
4.4 瞬态响应的性能指标
习题
第5章 控制系统的框图和传递函数
5.1 控制系统的框图
5.2 框图的简化和等效变换
5.3 梅森公式
5.4 叠加原理和闭环控制系统的传递函数
习题
第6章 反馈控制系统的工作机制和稳态误差
6.1 反馈控制系统的工作机制
6.1.1 温度控制箱的自动控制框图
6.1.2 尝试设计控制器
6.1.3 能实现零稳态误差的控制器
6.2 反馈控制系统的稳态误差
6.2.1 控制系统理想的输入一输出关系
6.2.2 稳态偏差和稳态误差
6.2.3 相应于输入信号的稳态偏差
6.2.4 干扰引起的稳态偏差
6.2.5 内模原理
习题
第7章 系统的稳定性与劳斯一赫尔维茨判据
7.1 闭环系统的稳定性问题
7.2 系统稳定性的实质
7.3 劳斯一赫尔维茨判据
习题
第8章 奈奎斯特稳定性判据
8.1 映射定理
8.2 奈奎斯特判据
8.3 奈奎斯特图的作图及判据应用
习题
第9章 系统的频率响应特性
9.1 频率响应特性
9.2 伯德图
9.3 小相位系统
9.4 系统开环频率特性的关键参数
9.5 开环与闭环频率响应特性的关系
9.6 系统闭环频率响应的特征参数
习题
0章 闭环时域特性与开环频域特性的关系
10.1 系统时域与频域特性的定性分析
10.2 系统时域与频域参数的定量关系
10.2.1 一个典型系统
10.2.2 谐振峰值与相位裕量的关系
10.2.3 超调量与相位裕量的关系
10.2.4 建立时间与相位裕量及增益交越频率的关系
10.2.5 闭环截止角频率与开环增益交越角频率的关系
10.3 理想的系统开环频率特性
1章 较优的系统模型
11.1 综合误差指标
11.2 较优的Ⅰ型系统
11.3 较优的Ⅱ型系统
11.4 基于期望频率特性的控制器设计方法
习题
2章 控制器
12.1 控制器的类型与原理
12.1.1 比例控制器
12.1.2 积分控制器
12.1.3 比例一积分控制器
12.1.4 相位滞后校正器
12.1.5 比例一微分控制器
12.1.6 相位超前校正器
12.1.7 比例一积分一微分控制器
12.2 控制器参数的设定方法
12.2.1 比例控制器
12.2.2 PI控制器
12.2.3 PD和相位超前校正器
12.2.4 PID控制参数的设定
12.2.5 PID控制参数的实验调整方法
12.3 控制器的实现
习题
弟13章 根轨迹法
13.1 根轨迹
13.2 根轨迹规则
13.3 控制器零极点的配置方法
13.4 参数根轨迹方法
习题
4章 控制系统的其他构型
14.1 二自由度控制结构
14.2 输入的前馈控制
14.3 干扰的前馈补偿
14.3.1 干扰一偏差的频率响应
14.3.2 干扰一偏差瞬态响应
14.3.3 干扰前馈补偿结构
习题
5章 几个控制系统实例
15.1 自动增益控制
15.2 运算放大电路
15.3 锁相环
15.4 自激振荡系统
15.5 倒立摆
15.6 永磁直流电动机伺服系统
15.6.1 永磁直流电动机的传递函数
15.6.2 电流环
15.6.3 速度环
15.6.4 位置环
习题
6章 数字控制系统概述
16.1 数字控制系统的结构
16.2 采样
16.3 零阶保持器
16.4 数字控制系统中的信号及信号的延迟
7章 z变换
17.1 差分方程
17.2 z变换
17.2.1 定义
17.2.2 几种离散时间序列的z变换
17.2.3 z变换的性质和定理
17.3 离散传递函数
17.4 s平面与z平面的映射关系
17.5 z平面极点位置与瞬态响应特性的关系
习题
8章 数字控制器的连续一离散设计方法
18.1 前向、后向差分法
18.2 双线性变换法
18.3 零极点匹配法
18.4 各方法的映射偏差
18.5 双线性变换法的频率特性校正
习题
附录 拉普拉斯变换表和z变换表
参考文献
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