《自动控制工程 第1册》求取 ⇩

译者的话1

前言1

中文版前言1

1．控制工程问题的提出1

1.1　控制工程问题的分类1

1.2　用方框图描述系统1

目录1

1.3　开环控制与闭环控制4

1.4　闭环控制的基本作用方式5

1.5　控制系统的基本结构8

1.6.2　导航控制系统10

1.6　调节过程的一些典型例子10

1.6.1　电压控制系统10

1.6.3　液位控制系统11

1.6.4　热交换器控制系统11

1.7　历史发展背景12

2．控制系统的几个重要性质15

2.1　数学模型15

2.2　系统的动态和静态特性16

2.3　系统特性17

2.3.1　线性和非线性系统17

2.3.2　集中和分布参数系统20

2.3.3　时变和时不变系统21

2.3.4　连续和离散系统21

2.3.5　确定性和随机变量系统22

2.3.6　因果和非因果系统23

2.3.7　稳定和不稳定系统23

2.3．8　单变量和多变量系统23

3.线性连续系统的时域描述24

3.1　用微分方程来描述系统24

3.1.1　电学系统24

3.1.2　力学系统25

3.1.3　热学系统28

3.2　以特殊输出信号描述系统30

3.2.1　过渡函数（阶跃响应）30

3.2.2　权函数（脉冲响应）31

3.2.3　卷积积分［杜哈美尔（Duhamel）积分］32

3.3 状态空间表达34

3.3.1 单变量系统的状态空间表达34

3.3.2 多变量系统的状态空间表达35

4．线性连续系统的频域描述37

4.1 拉氏变换37

4.1.1 定义和收敛域37

4.1.2 拉氏变换表38

4.1.3 拉氏变换的主要性质40

4.1.4 拉氏反变换44

4.1.5 利用拉氏变换求解线性微分方程47

4.1.6 脉冲函数δ（t）的拉氏变换51

4.2 传递函数52

4.2.1 定义和推导52

4.2.2 传递函数的零、极点53

4.2.3 传递函数的计算54

4.2.4 由状态空间表达式推导G（s）55

4.2.5 分布参数系统的传递函数58

4.2.7 复G平面59

4.2.6 传递矩阵59

4.3 频率特性表达61

4.3.1 定义61

4.3.2 频率特性图（奈奎斯特图）63

4.3.3 对数频率特性波特（Bode）图64

4.3.4 最重要传递环节分类65

4.3.4.1 比例环节（P环节）65

4.3.4.2 积分环节（I环节）66

4.3.4.3 微分环节（D环节）66

4.3.4.4 一阶延迟环节（PT1环节）68

4.3.4.6 超前环节（DT1环节）70

4.3.4.5 比例-微分环节（PD环节）70

4.3.4.7 二阶延迟环节（PT2环节和PT2S环节）73

4.3.4.8 其他传递环节79

4.3.4.9 传递环节的频带宽度79

4.3.4.10 具有有理分式传递函数的传递环节的波特图绘制举例84

4.3.5 最小和非最小相位系统85

5．线性连续控制系统的特性89

5.1 控制系统的动态特性89

5.2 控制系统的静态特性91

5.2.1 具有比例特性的传递函数G0（s）92

5.2.3 具有二重积分特性的传递函数G0（s）93

5.2.2 具有积分特性的传递函数G0（s）93

5.3 PID调节器及由其导出的调节器类型95

5.3.1 传递特性95

5.3.2 不同类型调节器的优缺点97

5.3.3 线性调节器的工程实现99

5.3.3.1 反馈原理99

5.3.3.2 电气调节器100

5.3.3.3 气动调节器103

6．线性连续控制系统的稳定性106

6.1 稳定性的定义和稳定条件106

6.2.1 系数条件107

6.2 代数稳定性判据107

6.2.2 赫尔维茨（Hurwitz）判据109

6.2.3　劳斯（Routh）判据111

6.3　米氏（CLM）稳定性判据113

6.4　奈奎斯特（Nyquist）稳定性判据116

6.4.1　奈奎斯特判据的极坐标图形式116

6.4.1.1　奈奎斯特判据应用举例119

6.4.1.2　在有延迟特性系统中的应用120

6.4.1.3　奈奎斯特判据的简化形式123

6.4.2　在对数频率特性图中的奈奎斯特判据124

7.1　根轨迹法的基本思路129

7．根轨迹法129

7.2　绘制根轨迹的一般规则132

7.3　根轨迹绘制规则的应用举例137

8．线性连续控制系统设计的经典方法141

8.1　问题的提出141

8.2　时域中的设计143

8.2.1　时域中的性能指标143

8.2.1.1　动态过渡误差143

8.2.1.2　积分指标144

8.2.1.3　二次型控制面积的计算144

8.2.2.1　根据二次型性能指标求解最优参数的例题147

8.2.2　根据二次型性能指标设计调节器最优参数147

8.2.2.2　对PTn型被控对象标准调节器的参数优化150

8.2.3　经验方法160

8.2.3.1 日格雷（Ziegler）和尼柯尔斯（Nichols）的经验方法160

8 2.3.2　通过仿真的经验设计161

8.3　频域设计162

8.3.1　频域内的特征参数162

8.3.1.1　频域内闭环控制系统的特征参数及其与时域性能指标的关系162

8.3.1.2　开环控制系统的特征参数及其与闭环控制系统时域性能指标的关系168

8.3.2　用频率特性曲线法进行调节器综合设计171

8.3.2.1　基本思路171

8.3.2.2　相位校正环节172

8.3.2.3　频率特性曲线法应用举例177

8.3.3　尼柯尔斯图180

8.3.3.1　霍尔图180

8.3.3.2　幅相图（尼柯尔斯图）182

8.3.3.3　尼柯尔斯图的应用182

8.3.4　利用根轨迹法设计调节器185

8.3.4.1　基本思路185

8.3.4.2　用根轨迹法设计调节器的实例185

8.4　分析设计法190

8.4.1　闭环控制系统性能的给定190

8.4.2　特鲁克萨-哥勒名（Truxal-Guillemin）方法194

8.4.3.1　基本思路199

8.4.3　代数设计法199

8.4.3.2　关于闭环控制系统零点的讨论200

8.4.3.3　综合方程组的解202

8.4.3.4　方法的应用204

8.5　定值和抗干扰性能的调节器设计208

8.5.1　控制系统结构208

8.5.2　调节器设计209

8.5.2.1　当干扰作用于控制系统输入端时的调节器设计方法209

8.5.2.2　当干扰作用于被控对象输出端时的调节器设计方法211

8.5.3.1　当被控对象输入端有干扰时前置滤波器的设计213

8.5.3　前置滤波器的设计213

8.5.3.2　当被控对象输出端有干扰时前置滤波器的设计214

8.5.4　方法的应用216

8.5.4.1　干扰作用于被控对象输入端216

8.5.4.2　干扰作用于被控对象输出端217

8.6　设计多环控制系统以改善控制特性220

8.6.1　问题的提出220

8.6.2　干扰电路220

8.6.2.1　干扰电路接到调节器上的方法220

8.6.2.2　干扰电路接到控制量上的方法221

8.6.3　利用辅助被控量的控制系统223

8.6.4　多环控制224

8.6.5　有辅助控制量的控制系统226

9．利用典型信号辨识控制系统环节228

9.1　理论和实验辨识228

9.2　实验辨识任务的提法228

9.3　时域辨识231

9.3.1 由测量值确定过渡函数231

9.3.1.1　输入信号为方波脉冲231

9.3.1.2　输入信号为斜台函数232

9.3.1.3　任意确定性输入信号232

9.3.2　用过渡函数或权函数进行辨识的方法233

9.3.2.1　拐点切线法和时间百分值法234

9.3.2.2　其他方法242

9.4　频域辨识244

9.4.1　频率特性曲线辨识法244

9.4.2　对已知频率特性曲线（奈奎斯特曲线）的近似辨识方法245

9.5　时域和频域数值变换方法248

9.5.1　基本理论关系248

9.5.2　由阶跃响应计算频率特性251

9.5.3　计算非阶跃测试信号频率特性的方法推广253

9.5.4　从频率特性计算过渡函数255

参考文献258