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商品簡介
作者簡介
名人/編輯推薦
序
目次
商品簡介
本書主要介紹控制系統分析與設計的基礎理論和方法，內容包括系統數學模型、時域分析、根軌跡分析、頻域分析，以及控制系統設計與離散控制系統分析與設計。
本書的主要特點是淡化經典控制理論與現代控制理論的界限，重點突出基礎共性問題，不苛求嚴格的數學推演，在保持課程內容的系統性和連貫性下，側重于基本概念、理論和方法的理解與應用，適應傳授科學知識和培養創新能力并重的需要
作者簡介
譚躍剛，教授，現為武漢理工大學機電學院副院長，測控技術與儀器專業帶頭人，中國計量測試學會理事，武漢市機械傳動與設計學會副理事長，中國電子學會電子機械工程委員會委員。
名人/編輯推薦
1、每一章知識點都結合工程實例。
2、課后習題豐富多樣。
2、課后習題豐富多樣。
序
前言
自動控制理論和技術是20世紀發展最為迅速的科學技術之一，它一出現就在工業各個領域得到了廣泛的應用，有力地推動了工業自動化的發展。與此同時，工業自動化的推進又把控制理論和技術不斷地推向新的高度。時至今日，自動控制理論和技術還在不斷豐富和發展，在工業各領域中仍然占有重要的地位，已成為21世紀現代工業技術不可缺少的重要組成部分，在我國也成為用于改造傳統工業技術的重要手段。因此，現在從事工業技術研究開發與應用的工程技術人員和科學研究人員，都應具備一定的控制理論知識。
控制工程基礎是關于工程系統分析與控制的理論和技術，廣泛用于電氣工程、機械工程、化工工程、航空航天工程、能源工程等領域，以及人們的日常生活中。本書主要介紹控制工程基礎的基本知識，重點是工程系統分析和控制系統設計中常采用的時域法、頻域法和根軌跡法。本書在內容編排上結合我國本科教學現狀和科技發展需求，主要的特點是：結合工程實際的應用，淡化經典控制理論與現代控制理論的界限，不苛求嚴密的數學推演和計算，按系統理論的類別強調對概念、理論與方法等共性問題的理解和應用。第1章介紹自動控制的概念、基本問題及控制的一般思想和方法；第2章介紹控制系統的數學模型（包含傳遞函數、狀態空間方程等）；第3章至第5章分別介紹控制系統的時域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法；第6章介紹控制系統的設計問題及設計方法；第7章介紹離散控制系統的分析與綜合。本書適合于工科大學本科機電類各專業學生學習，也適合于在控制工程領域從事研究開發與應用的科技工作者和工程技術人員參考。
本書由譚躍剛任主編，黃安貽任副主編。具體編寫本書各章內容的人員是：第1章由譚躍剛編寫，第2章由彭春江、黃安貽編寫，第3章由周斌、黃安貽編寫，第4章由吳迎峰編寫，第5章由胥軍編寫，第6章由胡劍、黃安貽編寫，第7章由陳禎編寫。全書由譚躍剛、
黃安貽修改定稿。
由于編者的水平有限，我們也難免書中存在缺陷或錯誤，懇請廣大讀者和專家批評指正。
編者
2013年7月
自動控制理論和技術是20世紀發展最為迅速的科學技術之一，它一出現就在工業各個領域得到了廣泛的應用，有力地推動了工業自動化的發展。與此同時，工業自動化的推進又把控制理論和技術不斷地推向新的高度。時至今日，自動控制理論和技術還在不斷豐富和發展，在工業各領域中仍然占有重要的地位，已成為21世紀現代工業技術不可缺少的重要組成部分，在我國也成為用于改造傳統工業技術的重要手段。因此，現在從事工業技術研究開發與應用的工程技術人員和科學研究人員，都應具備一定的控制理論知識。
控制工程基礎是關于工程系統分析與控制的理論和技術，廣泛用于電氣工程、機械工程、化工工程、航空航天工程、能源工程等領域，以及人們的日常生活中。本書主要介紹控制工程基礎的基本知識，重點是工程系統分析和控制系統設計中常采用的時域法、頻域法和根軌跡法。本書在內容編排上結合我國本科教學現狀和科技發展需求，主要的特點是：結合工程實際的應用，淡化經典控制理論與現代控制理論的界限，不苛求嚴密的數學推演和計算，按系統理論的類別強調對概念、理論與方法等共性問題的理解和應用。第1章介紹自動控制的概念、基本問題及控制的一般思想和方法；第2章介紹控制系統的數學模型（包含傳遞函數、狀態空間方程等）；第3章至第5章分別介紹控制系統的時域分析法、根軌跡分析法和頻域分析法；第6章介紹控制系統的設計問題及設計方法；第7章介紹離散控制系統的分析與綜合。本書適合于工科大學本科機電類各專業學生學習，也適合于在控制工程領域從事研究開發與應用的科技工作者和工程技術人員參考。
本書由譚躍剛任主編，黃安貽任副主編。具體編寫本書各章內容的人員是：第1章由譚躍剛編寫，第2章由彭春江、黃安貽編寫，第3章由周斌、黃安貽編寫，第4章由吳迎峰編寫，第5章由胥軍編寫，第6章由胡劍、黃安貽編寫，第7章由陳禎編寫。全書由譚躍剛、
黃安貽修改定稿。
由于編者的水平有限，我們也難免書中存在缺陷或錯誤，懇請廣大讀者和專家批評指正。
編者
2013年7月
目次
第1章緒論1
1.1控制與反饋控制1
1.2開環控制和閉環控制3
1.2.1開環控制3
1.2.2閉環控制4
1.3控制系統的分類5
1.4控制理論的發展歷程6
1.5控制系統的性能基本要求和設計8
1.5.1對控制系統性能的基本要求8
1.5.2控制系統的設計問題9
習題10
第2章系統的數學模型11
2.1概述11
2.2系統的微分方程12
2.2.1系統的微分方程12
2.2.2非線性微分方程的線性化15
2.3系統的狀態方程17
2.3.1基本概念18
2.3.2線性系統狀態空間表達式的建立20
2.4系統的傳遞函數23
2.4.1傳遞函數的定義和特性23
2.4.2傳遞函數的計算25
2.4.3傳遞函數的基本形式26
2.4.4典型環節的傳遞函數27
2.5控制系統的方框圖30
2.5.1方框圖的建立31
2.5.2方框圖的等效變換32
2.5.3梅遜公式37
2.6控制系統的傳遞函數39
2.7系統數學模型的MATLAB建模42
2.7.1傳遞函數的MATLAB建模42
2.7.2狀態空間表達式的MATLAB建模45
習題49
第3章系統的時域分析54
3.1概述54
3.2系統的典型輸入信號54
3.3系統時域響應的求解57
3.3.1基于微分方程求解時域響應57
3.3.2基于狀態方程求解時域響應58
3.3.3基于傳遞函數求解時域響應62
3.4系統的時域性能指標63
3.4.1系統輸出響應的時間歷程63
3.4.2系統的動態性能指標64
3.4.3系統的穩態性能指標65
3.5系統的時域性能分析65
3.5.1一階系統的時域分析65
3.5.2二階系統的時域分析68
3.5.3高階系統的時域分析74
3.6控制系統的穩態誤差77
3.6.1穩態誤差的概念77
3.6.2系統的類型78
3.6.3系統穩態誤差的計算79
3.6.4提高系統穩態精度的方法83
3.7系統的穩定性分析85
3.7.1穩定性概念85
3.7.2系統穩定的條件86
3.7.3系統穩定性的勞斯判據89
3.7.4勞斯判據的應用92
3.8系統的可控性與可觀性93
3.8.1可控性及其判斷94
3.8.2可觀性及其判斷97
3.8.3系統傳遞函數與可控性、可觀性的關系100
3.9系統時域性能的MATLAB分析100
習題110
第4章系統的根軌跡分析114
4.1根軌跡的基本概念114
4.2根軌跡的基本條件與繪制規則115
4.2.1根軌跡的基本條件115
4.2.2繪制根軌跡的規則117
4.3系統的根軌跡繪制125
4.3.1最小相位系統的根軌跡125
4.3.2系統的參量根軌跡126
4.3.3零度根軌跡127
4.4控制系統的根軌跡分析130
4.4.1增加開環零極點對根軌跡的影響130
4.4.2系統性能的根軌跡分析133
4.5系統根軌跡的MATLAB分析137
習題138
第5章控制系統的頻域分析140
5.1系統的頻率特性140
5.2控制系統的頻率特性圖142
5.2.1系統的極坐標圖143
5.2.2系統的對數頻率特性圖149
5.3基于系統開環頻域特性的奈奎斯特穩定判據159
5.3.1系統的奈奎斯特穩定條件159
5.3.2基于對數頻率特性圖的系統穩定性判據165
5.4系統的相對穩定性167
5.5系統的頻域性能指標169
5.5.1開環頻率特性與閉環頻率特性的關系170
5.5.2頻域性能指標171
5.5.3頻域性能指標與時域性能指標的關系172
5.6MATLAB在系統頻域特性分析中的應用173
5.6.1控制系統的頻域特性174
5.6.2頻域響應分析的MATLAB實現175
習題178
第6章控制系統的設計182
6.1概述182
6.2串聯超前校正184
6.2.1超前校正裝置184
6.2.2基于根軌跡的超前校正185
6.2.3基于頻率響應法的超前校正189
6.3串聯滯后校正191
6.3.1滯后校正裝置191
6.3.2基于根軌跡法的滯后校正192
6.3.3基于頻域分析法的滯后校正195
6.4串聯滯后－超前校正196
6.4.1滯后超前校正裝置196
6.4.2基于根軌跡法的滯后超前校正197
6.4.3基于頻域分析法的滯后超前校正200
6.5PID控制203
6.5.1PID控制方法203
6.6狀態反饋與極點配置209
6.6.1狀態反饋210
6.6.2極點配置方法211
6.7應用MATLAB進行控制系統設計213
習題216
第7章離散控制系統的基礎理論220
7.1概述220
7.2信號的采樣與復現222
7.2.1信號的采樣222
7.2.2信號的復現225
7.3z變換與z反變換227
7.4離散系統的數學模型233
7.4.1差分方程233
7.4.2離散系統的狀態空間表達式236
7.4.3脈沖傳遞函數238
7.5離散系統的時域分析243
7.5.1離散系統的時域性能分析243
7.5.2離散系統的穩定性分析247
7.5.3離散系統的穩態誤差251
7.6離散系統的根軌跡分析254
7.7離散系統的頻域分析255
7.7.1離散系統的頻率特性255
7.7.2離散系統的頻率特性分析257
7.8離散控制系統的設計258
7.8.1離散系統的PID控制259
7.8.2最少拍控制系統設計259
7.9離散系統的MATLAB分析與設計264
7.9.1連續系統的離散化264
7.9.2離散系統的數學模型265
7.9.3離散系統的分析266
7.9.4離散控制器的設計271
習題273
附錄A277
參考文獻283
1.1控制與反饋控制1
1.2開環控制和閉環控制3
1.2.1開環控制3
1.2.2閉環控制4
1.3控制系統的分類5
1.4控制理論的發展歷程6
1.5控制系統的性能基本要求和設計8
1.5.1對控制系統性能的基本要求8
1.5.2控制系統的設計問題9
習題10
第2章系統的數學模型11
2.1概述11
2.2系統的微分方程12
2.2.1系統的微分方程12
2.2.2非線性微分方程的線性化15
2.3系統的狀態方程17
2.3.1基本概念18
2.3.2線性系統狀態空間表達式的建立20
2.4系統的傳遞函數23
2.4.1傳遞函數的定義和特性23
2.4.2傳遞函數的計算25
2.4.3傳遞函數的基本形式26
2.4.4典型環節的傳遞函數27
2.5控制系統的方框圖30
2.5.1方框圖的建立31
2.5.2方框圖的等效變換32
2.5.3梅遜公式37
2.6控制系統的傳遞函數39
2.7系統數學模型的MATLAB建模42
2.7.1傳遞函數的MATLAB建模42
2.7.2狀態空間表達式的MATLAB建模45
習題49
第3章系統的時域分析54
3.1概述54
3.2系統的典型輸入信號54
3.3系統時域響應的求解57
3.3.1基于微分方程求解時域響應57
3.3.2基于狀態方程求解時域響應58
3.3.3基于傳遞函數求解時域響應62
3.4系統的時域性能指標63
3.4.1系統輸出響應的時間歷程63
3.4.2系統的動態性能指標64
3.4.3系統的穩態性能指標65
3.5系統的時域性能分析65
3.5.1一階系統的時域分析65
3.5.2二階系統的時域分析68
3.5.3高階系統的時域分析74
3.6控制系統的穩態誤差77
3.6.1穩態誤差的概念77
3.6.2系統的類型78
3.6.3系統穩態誤差的計算79
3.6.4提高系統穩態精度的方法83
3.7系統的穩定性分析85
3.7.1穩定性概念85
3.7.2系統穩定的條件86
3.7.3系統穩定性的勞斯判據89
3.7.4勞斯判據的應用92
3.8系統的可控性與可觀性93
3.8.1可控性及其判斷94
3.8.2可觀性及其判斷97
3.8.3系統傳遞函數與可控性、可觀性的關系100
3.9系統時域性能的MATLAB分析100
習題110
第4章系統的根軌跡分析114
4.1根軌跡的基本概念114
4.2根軌跡的基本條件與繪制規則115
4.2.1根軌跡的基本條件115
4.2.2繪制根軌跡的規則117
4.3系統的根軌跡繪制125
4.3.1最小相位系統的根軌跡125
4.3.2系統的參量根軌跡126
4.3.3零度根軌跡127
4.4控制系統的根軌跡分析130
4.4.1增加開環零極點對根軌跡的影響130
4.4.2系統性能的根軌跡分析133
4.5系統根軌跡的MATLAB分析137
習題138
第5章控制系統的頻域分析140
5.1系統的頻率特性140
5.2控制系統的頻率特性圖142
5.2.1系統的極坐標圖143
5.2.2系統的對數頻率特性圖149
5.3基于系統開環頻域特性的奈奎斯特穩定判據159
5.3.1系統的奈奎斯特穩定條件159
5.3.2基于對數頻率特性圖的系統穩定性判據165
5.4系統的相對穩定性167
5.5系統的頻域性能指標169
5.5.1開環頻率特性與閉環頻率特性的關系170
5.5.2頻域性能指標171
5.5.3頻域性能指標與時域性能指標的關系172
5.6MATLAB在系統頻域特性分析中的應用173
5.6.1控制系統的頻域特性174
5.6.2頻域響應分析的MATLAB實現175
習題178
第6章控制系統的設計182
6.1概述182
6.2串聯超前校正184
6.2.1超前校正裝置184
6.2.2基于根軌跡的超前校正185
6.2.3基于頻率響應法的超前校正189
6.3串聯滯后校正191
6.3.1滯后校正裝置191
6.3.2基于根軌跡法的滯后校正192
6.3.3基于頻域分析法的滯后校正195
6.4串聯滯后－超前校正196
6.4.1滯后超前校正裝置196
6.4.2基于根軌跡法的滯后超前校正197
6.4.3基于頻域分析法的滯后超前校正200
6.5PID控制203
6.5.1PID控制方法203
6.6狀態反饋與極點配置209
6.6.1狀態反饋210
6.6.2極點配置方法211
6.7應用MATLAB進行控制系統設計213
習題216
第7章離散控制系統的基礎理論220
7.1概述220
7.2信號的采樣與復現222
7.2.1信號的采樣222
7.2.2信號的復現225
7.3z變換與z反變換227
7.4離散系統的數學模型233
7.4.1差分方程233
7.4.2離散系統的狀態空間表達式236
7.4.3脈沖傳遞函數238
7.5離散系統的時域分析243
7.5.1離散系統的時域性能分析243
7.5.2離散系統的穩定性分析247
7.5.3離散系統的穩態誤差251
7.6離散系統的根軌跡分析254
7.7離散系統的頻域分析255
7.7.1離散系統的頻率特性255
7.7.2離散系統的頻率特性分析257
7.8離散控制系統的設計258
7.8.1離散系統的PID控制259
7.8.2最少拍控制系統設計259
7.9離散系統的MATLAB分析與設計264
7.9.1連續系統的離散化264
7.9.2離散系統的數學模型265
7.9.3離散系統的分析266
7.9.4離散控制器的設計271
習題273
附錄A277
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