自動控制原理（第2版）[楊智、范正平編著書籍]

《自動控制原理（第2版）》是2014年清華大學出版社出版的圖書，作者是楊智、范正平。

內容簡介

自動控制原理是高等院校理工科學生的核心課程之一，本書主要講述自動控制系統理論及其套用，系統介紹自動控制的基本概念、基本理論、系統的分析與設計方法。

全書共10章。第1章主要講述自動控制系統的一些基本概論；第2章為控制系統的數學模型；包括狀態變數模型；第3章為控制系統時域分析；第4章為線性系統的根軌跡技術；第5章為線性定常系統的頻域分析法；第6章為控制系統的校正設計；第7章為狀態變數系統分析與設計；第8章為非線性系統，主要是相平面和描述函式法；第9章為數字控制系統；第10章為自動控制系統的設計實例，主要是以溫度控制和倒立擺控制系統為例進行控制系統的設計實現。

本書始終以培養套用研究和創新性人才為主線，通過全書的一系列新穎且充滿挑戰性的問題，在問題答案的尋找過程中，使學生充分體會到發現的樂趣。體現以人為本的思想，每章第一頁介紹一位與信息自動化學科有關的國際知名學者的簡歷，每章最後一頁簡單介紹信息學科某一個專業的主要概況、內容及職業方向，引導學生了解信息學科各專業的培養目標及相互聯繫。

本書可作為高等學校電類、信息自動化大類各專業，機械、化工、航空航天等非電類相關專業本科生的教材，亦可供有關工程技術人員再學習時參考。

編輯推薦

《高等院校電子信息與電氣學科特色教材:自動控制原理(第2版)》特色：1.《高等院校電子信息與電氣學科特色教材:自動控制原理(第2版)》的一個重要特徵就是貫穿全書的一系列新奇而充滿挑戰性的實際控制問題，通過這些問題，使學生在解題的過程中充分體會發現的樂趣。
2.從工程實例出發引入重要的概念和方法，基礎知識概念定義敘述清晰，例題選取豐富有代表性，便於學生全面掌握自動控制系統的關鍵術語和主要內容，激發學生對學習本學科專業基礎課程的積極性。
3.採用“數學模型統一描述，工程研究方法分開”的寫作手法，突出自動控制系統的工程背景，強調理論與實際的有機結合，使學生有較好的學習效果。

作者簡介

楊智，中山大學信息科學與技術學院自動化系教授。從事控制科學與工程的科研與教學工作30年。主要研究方向為複雜系統的建模與控制理論及套用。編著有《可程式控制器》《虛擬儀器教學實驗簡明教程》，獲省級科學技術進步二等獎一次，省級教學成果一等獎兩次等，先後主持或參加國家和省級科研項目10餘項，許多科研項目已成功套用到多種領域。在《自動化學報》、《Asian Journal of Control》等期刊上發表學術論文80餘篇，其PID自整定關鍵技術已被自動化儀表廠商廣泛使用。

范正平，中山大學信息科學與技術學院自動化系副教授。2006年畢業於香港城市大學電子工程系，獲博士學位。主要研究方向為複雜系統網路建模及其性能分析、複雜動態網路的控制及同步以及混沌控制及其在保密通信中的套用。在國際著名學術刊物上發表學術論文30餘篇。

圖書目錄

第1章緒論

電子與電氣學科世界著名學者——瓦特

1.1引言

1.2自動控制的定義和歷史回顧

1.3自動控制系統舉例及術語定義

1.3.1液位控制系統

1.3.2溫度控制系統

1.3.3自動控制系統術語定義

1.4自動控制系統的基本控制方式

1.4.1開環控制

1.4.2閉環控制

1.4.3複合控制

1.5自動控制系統分類

1.5.1按系統特性方程分

1.5.2按參考輸入信號的變化規律分

1.5.3按控制系統輸入量和輸出量的數量分

1.5.4按控制原理分

1.6自動控制系統的基本要求

1.7自動控制原理課程的性質和內容

1.8小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——電子學科

習題

第2章控制系統的數學模型

電子與電氣學科世界著名學者——麥克斯韋

2.1引言

2.2控制系統的時域數學模型

2.2.1微分方程與狀態變數數學模型

2.2.2線性定常微分方程的解

2.2.3非線性系統的線性化

2.2.4運動的模態

2.3控制系統的複數域數學模型

2.3.1傳遞函式的定義和性質

2.3.2傳遞函式的零點和極點

2.3.3傳遞函式用於分析控制系統性能

2.3.4傳遞函式數學模型建立舉例

2.4控制系統的方框圖與信號流圖

2.4.1控制系統的方框圖

2.4.2方框圖的等效變換和簡化

2.4.3信號流圖

2.4.4多輸入系統的傳遞函式

2.5輸入輸出模型與狀態變數模型之間的關係

2.5.1由輸入輸出模型轉換為狀態變數模型

2.5.2由狀態變數模型轉換為輸入輸出模型

2.5.3線性定常系統在坐標變換下的特性

2.6數學模型的實驗測定法

2.6.1數學模型實驗測定的主要方法

2.6.2數學模型的工程辨識

2.7MATLAB用於控制系統模型建立與仿真

2.8小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——電氣工程學科

習題

第3章控制系統時域分析

電子與電氣學科世界著名學者——維納

3.1引言

3.1.1典型輸入信號

3.1.2時域性能指標

3.2控制系統時域分析

3.2.1一階系統的時域分析

3.2.2典型二階系統的時域分析

3.2.3高階系統的時域分析

3.2.4MATLAB分析控制系統時域回響

3.3線性定常系統的穩定性分析

3.3.1穩定性定義及線性定常系統穩定的充分必要條件

3.3.2勞斯穩定判據

3.3.3勞斯穩定判據的套用

3.4控制系統的穩態誤差分析

3.4.1誤差定義及穩態誤差

3.4.2穩態誤差的計算

3.4.3擾動作用下的穩態誤差

3.4.4減小或消除穩態誤差的措施

3.5小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——自動化學科

習題

第4章根軌跡技術

電子與電氣學科世界著名學者——伊文思

4.1引言

4.1.1根軌跡的基本概念

4.1.2根軌跡方程

4.2根軌跡繪製的基本法則

4.3廣義根軌跡

4.3.1參數根軌跡

4.3.2正反饋或非最小相位系統的根軌跡

4.4時滯系統的根軌跡

4.5根軌跡法在控制系統中的套用

4.6小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——計算機學科

習題

第5章線性定常系統的頻域分析法

電子與電氣學科世界著名學者——奈奎斯特

5.1引言

5.1.1頻率特性的基本概念與定義

5.1.2頻率特性的幾何表示法

5.2典型環節頻率特性曲線的繪製

5.3系統的開環頻率特性

5.3.1開環幅相頻率特性曲線的繪製

5.3.2開環對數頻率特性曲線

5.3.3傳遞函式的頻域實驗確定

5.4線性定常系統頻率域穩定判據

5.4.1奈奎斯特穩定判據的數學基礎

5.4.2奈奎斯特穩定判據

5.4.3對數頻率特性穩定判據

5.5相對穩定性——穩定裕度

5.6閉環系統的頻域回響

5.6.1閉環系統的頻域性能指標

5.6.2典型二階系統的Mr、ωr和頻寬BW

5.6.3確定閉環頻率特性的圖解法——尼科爾斯圖

5.6.4頻域指標和時域指標的轉換

5.7MATLAB在系統頻域分析中的套用

5.8小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——通信系統學科

習題

第6章控制系統的校正設計

電子與電氣學科世界著名學者——伯德

6.1引言

6.1.1控制系統的分析與設計問題

6.1.2不同校正方法的性能指標

6.1.3基本校正方式

6.2控制(校正)器的基本控制規律

6.2.1比例(P)控制規律

6.2.2積分(I)控制規律

6.2.3比例積分(PI)控制規律

6.2.4比例微分(PD)控制規律

6.2.5比例積分微分(PID)控制規律

6.2.6局部速度反饋控制規律

6.3常用校正裝置及特性

6.3.1無源校正電路

6.3.2自動化儀表中的PID控制器

6.4根軌跡法在控制系統校正設計中的套用

6.4.1串聯超前校正

6.4.2串聯滯後校正

6.4.3串聯PID校正

6.4.4局部反饋校正

6.5伯德圖頻域法在控制系統校正設計中的套用

6.5.1串聯超前校正

6.5.2串聯滯後校正

6.5.3滯後超前校正

6.5.4串聯校正的預期開環頻率特性設計

6.6工業過程控制中PID調節器參數的工程整定

6.6.1飛升曲線法

6.6.2臨界比例度法

6.7複合校正控制系統設計

6.7.1按擾動補償的複合控制

6.7.2按輸入補償的複合控制

6.8實用的PID控制器結構與魯棒控制問題

6.8.1理想的PID控制器

6.8.2一類實用的PID控制器

6.8.3二自由度PID控制問題

6.8.4魯棒控制系統的設計

6.9MATLAB在控制系統設計中的套用

6.9.1MATLAB與頻域法用於控制系統設計

6.9.2MATLAB與根軌跡法用於控制系統設計

6.10小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——電子儀器學科

習題

第7章狀態變數系統分析與設計

電子與電氣學科世界著名學者——卡爾曼

7.1引言

7.2線性定常連續系統的時域回響

7.2.1線性定常系統齊次狀態方程的解與狀態轉移矩陣

7.2.2狀態轉移矩陣的性質和意義

7.2.3線性定常連續系統非齊次狀態方程的解

7.3連續系統的李雅普諾夫穩定性分析

7.3.1李雅普諾夫穩定性概念

7.3.2李雅普諾夫穩定性理論

7.3.3線性定常系統的李雅普諾夫穩定性分析

7.3.4非線性系統的李雅普諾夫穩定性分析克拉索夫斯基法

7.3.5李雅普諾夫第二法的其他套用

7.4控制系統的能控性和能觀測性

7.4.1能控性和能觀測性的定義

7.4.2線性定常連續系統的能控性判據

7.4.3線性定常連續系統的能觀測性判據

7.4.4線性系統能控性與能觀測性的對偶關係

7.4.5控制系統的結構分解

7.5線性定常系統的極點配置設計

7.5.1狀態反饋和輸出反饋的概念

7.5.2狀態變數閉環控制系統的極點配置設計

7.5.3基於狀態觀測器的控制系統設計

7.6最優控制系統

7.6.1最優控制的數學描述與性能指標

7.6.2基於線性二次型性能指標最優控制設計

7.7小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——科學研究與工程教育事業

習題

第8章非線性系統

電子與電氣學科世界著名學者——李雅普諾夫

8.1引言

8.1.1非線性系統的特徵

8.1.2非線性系統的研究方法

8.2典型非線性特徵及對系統運動的影響

8.2.1繼電特性

8.2.2死區特性

8.2.3飽和特性

8.2.4間隙特性

8.2.5摩擦特性

8.3相平面法

8.3.1相平面和相軌跡的基本概念

8.3.2相軌跡的性質

8.3.3相軌跡圖解法

8.3.4線性系統的相軌跡

8.3.5非線性系統的相軌跡

8.3.6典型非線性控制系統相平面分析

8.4描述函式法

8.4.1描述函式法的基本概念

8.4.2典型非線性特性的描述函式計算

8.4.3非線性系統的簡化

8.4.4利用描述函式分析系統的穩定性

8.5利用非線性特性進行控制系統設計

8.5.1非線性阻尼校正

8.5.2非線性滯後校正

8.5.3基於繼電器特性的PID參數自整定控制系統設計

8.6MATLAB在非線性系統分析中的套用

8.7小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——電磁學科

習題

第9章數字控制系統

電子與電氣學科世界著名學者——香農

9.1引言

9.1.1採樣控制過程

9.1.2數字控制系統組成

9.2信號的採樣與保持

9.2.1採樣過程

9.2.2採樣過程的數學描述

9.2.3香農定理

9.2.4採樣周期的選取

9.2.5信號保持

9.3z變換理論

9.3.1z變換的定義

9.3.2z變換方法

9.3.3z變換的基本定理

9.3.4z反變換

9.4離散系統的數學模型

9.4.1線性定常離散系統差分方程及其解法

9.4.2脈衝傳遞函式

9.4.3開環系統脈衝傳遞函式

9.4.4閉環系統脈衝傳遞函式

9.5線性定常離散控制系統的穩定性

9.5.1線性定常離散控制系統穩定的充要條件

9.5.2線性定常離散系統的穩定判據

9.6離散系統的穩態誤差

9.7離散系統的動態性能分析

9.8數字控制器的設計

9.8.1模擬化設計方法

9.8.2數位化直接設計方法

9.9MATLAB在數字控制系統中的套用

9.9.1z變換和z反變換的MATLAB實現

9.9.2連續系統模型與離散系統模型的轉換

9.9.3線性定常數字控制系統的MATLAB穩定性分析

9.9.4數字控制系統的MATLAB時域分析

9.10小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——軟體工程學科

習題

第10章自動控制系統的設計實例

信息技術創新創業先驅——賈伯斯

10.1引言

10.2溫度控制器的設計與實現

10.2.1溫度控制系統分析

10.2.2溫度控制系統硬體設計

10.2.3溫度控制系統性能測試

10.3倒立擺控制系統設計與實現

10.3.1倒立擺數學模型的建立

10.3.2倒立擺控制系統硬體設計

10.3.3倒立擺控制系統算法仿真

10.3.4倒立擺控制系統實現

10.4小結

關鍵術語和概念

拓展您的事業——航空航天學

附錄A拉普拉斯變換

A.1拉普拉斯變換和反變換的定義

A.2常用函式的拉普拉斯變換

A.3拉普拉斯變換基本定理

A.4拉普拉斯反變換

A.5拉普拉斯變換表

附錄B李亞普諾夫主穩定性定理的證明

附錄C常用z變換表

參考文獻