控制理論CAI教程(第三版)（簡體書）

顏文俊等的《控制理論CAI教程(第三版)》根據全國高等院校自動化專業教學大綱的要求編寫。書中融合了目前使用最廣泛的控制系統分析和綜合軟件包——MATLAB，便于教師采用計算機輔助教學和學生學習。 本書共9章。主要介紹控制理論的基本概念和反饋控制的基本結構；控制系統的數學描述和借助MATLAB工具進行系統建模的方法；時域分析法和控制系統的性能指標及其計算方法；根軌跡法；頻率響應法；控制系統的校正方法和控制器的設計思想；PID調節器的設計和參數整定；離散系統的分析和設計；非線性系統的相平面法和描述函數法分析。 本書以例題方式介紹了MATLAB在控制理論分析和設計中的應用，同時對每一章內容進行了小結，并配合了一定數量的典型例題和習題，便于讀者學習和鞏固所學知識。為使學有余力者和考研學生加深對控制理論基本概念、理論的深入理解，切實提高他們分析問題、解決問題的綜合能力，在各章習題末配有綜合題。 《控制理論CAI教程(第三版)》可作為自動化、機械、電子、電氣、材料、能源、力學、冶金、動力等專業的“自動控制理論”教材，也可供其他相關人員參考。

控制理論是控制科學研究的重要理論基礎，在工業、軍事、社會、經濟等領域有著廣泛的應用。隨著計算機科學的迅猛發展，經典控制理論的許多分析方法、設計方法和實現手段也產生了極大的變化，在此背景下，顏文俊等的《控制理論CAI教程(第三版)》根據全國高等院校自動化專業教學大綱的要求，主要面向本科機、電類專業的“自動控制理論”教學而編寫。通過對本課程的學習，學習者一方面能掌握經典控制理論基本的分析和綜合方法，同時在使用計算機輔助工具——MATLAB對控制系統進行分析和設計的能力方面也有所提高。

前言第一章 概論 1.1 控制理論發展綜述 1.2 自動控制系統的結構 1.2.1 開環控制系統 1.2.2 閉環控制系統 1.3 反饋控制系統的組成和術語 1.4 自動控制系統分類 1.4.1 線性控制系統和非線性控制系統 1.4.2 恒值控制系統和隨動系統 1.4.3 連續控制系統和離散控制系統 1.5 對控制系統的性能要求和本課程的任務 1.5.1 對控制系統性能的要求 1.5.2 本課程的基本內容和要求 習題第二章 控制系統的數學模型 2.1 拉普拉斯變換 2.1.1 拉普拉斯變換的定義和存在定理 2.1.2 幾種典型函數的拉氏變換 2.1.3 拉普拉斯變換的性質 2.1.4 有理分式函數的拉普拉斯反變換 2.1.5 用拉普拉斯變換求解微分方程 2.2 系統輸入-輸出的傳遞函數描述 2.3 典型環節傳遞函數的數學模型 2.3.1 比例環節 2.3.2 一階環節 2.3.3 積分和微分環節 2.3.4 二階環節 2.3.5 時滯環節 2.4 用方塊圖表示的模型 2.5 信號流程圖與梅森公式 2.6 狀態空間模型簡介 2.6.1 狀態、狀態變量及狀態空間方程 2.6.2 線性定常控制系統的狀態方程描述 2.6.3 線性定常系統狀態空間表達式的結構圖和信號流程圖 2.6.4 傳遞函數與狀態空間方程之間關系 2.7 數學模型的MATLAB描述 2.7.1 連續系統數學模型的MATLAB表示 2.7.2 離散系統數學模型的MATLAB表示 2.7.3 控制系統的建模 2.7.4 Simulink建模方法——復雜系統的模型處理方法 小結 習趑第三章 控制系統的時域分析法 3.1 線性系統的穩定性 3.1.1 穩定性的基本概念 3.1.2 線性系統的穩定性 3.1.3 線性系統穩定的充分必要條件 3.1.4 勞斯-赫爾維茨穩定判據 3.2 線性系統穩定性的MATLAB判定方法 3.3 控制系統的靜態誤差 3.3.1 典型輸入信號 3.3.2 靜態誤差和誤差傳遞函數 3.3.3 靜態誤差系數 3.3.4 動態誤差 3.4 控制系統的暫態響應性能指標 3.5 一階系統暫態響應 3.5.1 一階系統的單位階躍響應 3.5.2 一階系統的單位脈沖響應 3.5.3 線性定常系統的重要特性 3.6 二階系統的暫態響應 3.6.1 二階系統的單位階躍響應 3.6.2 二階系統的暫態響應指標 3.6.3 二階系統的脈沖響應 3.7 高階系統的暫態響應 3.8 用MATLAB進行暫態響應分析 3.8.1 線性系統的MATLAB表示 3.8.2 傳遞函數系統單位階躍響應的求法 3.8.3 脈沖響應 3.8.4 求脈沖響應的另一種方法 3.8.5 斜坡響應 3.8.6 系統時域響應的直接求取 小結 習題第四章 根軌跡法 4.1 根軌跡圖 4.2 繪制根軌跡的數學依據及其性質 4.2.1 開環傳遞函數的兩種表達式 4.2.2 閉環特征方程的幾種表達形式 4.2.3 繪制根軌跡的數學依據 4.3 繪制根軌跡的一般規則 4.3.1 繪制根軌跡規則的闡述 4.3.2 繪制根軌跡規則的列表 4.4 例題 4.5 參數根軌跡和多回路系統的根軌跡 4.5.1 參數根軌跡 4.5.2 多回路系統的根軌跡 4.6 正反饋回路和非最小相位系統根軌跡 4.6.1 正反饋回路根軌跡 4.6.2 非最小相位系統之根軌跡 小結 習題第五章 頻率響應法 5.1 頻率特性 5.1.1 由傳遞函數求系統的頻率響應 5.1.2 由實驗方法求頻率特性 5.1.3 頻率特性的基本概念 5.2 極坐標圖 5.2.1 典型環節的奈奎斯特曲線 5.2.2 開環系統的奈奎斯特圖 5.3 對數坐標圖 5.3.1 典型環節的伯德圖 5.3.2 開環系統的伯德圖 5.3.3 最小相位系統與非最小相位系統 5.3.4 系統開環對數幅頻特性與閉環穩態誤差的關系 5.4 奈奎斯特穩定判據 5.4.1 輻角原理 5.4.2 奈奎斯特穩定判據 5.4.3 奈奎斯特穩定性判據的進一步說明 5.5 相對穩定性分析 5.5.1 用奈奎斯特圖表示相位裕量和幅值裕量 5.5.2 用伯德圖表示相位裕量和幅值裕量 5.5.3 對數幅頻特性中頻段與系統動態性能的關系 5.6 頻域性能指標與時域性能指標間的關系 5.6.1 開環頻率特性中相位裕量與時域性能指標的關系 5.6.2 閉環頻率特性及其特征量 5.6.3 閉環頻域特性與時域響應性能指標的關系 小結 習題第六章 自動控制系統的設計 6.1 控制系統設計的基本思路 6.2 串聯校正裝置的結構與特性 6.2.1 超前校正 6.2.2 滯後校正 6.2.3 滯後一超前校正 6.3 基于頻率法的串聯校正設計 6.3.1 超前校正 6.3.2 滯後校正 6.3.3 滯後一超前校正 6.3.4 基于頻率法的MATLAB串聯校正設計 6.4 基于根軌跡的串聯校正設計 6.4.1 超前校正 6.4.2 滯後校正 6.4.3 滯尸曠超前校正 6.4.4 基于根軌跡的串聯校正MATLAB設計 6.5 PID校正 6.5.1 PII)控制器工作原理 6.5.2 Ziegler-Nichols整定公式 6.6 控制器的極點配置方法 小結 習題第七章 離散系統分析 7.1 離散系統引論 7.2 連續信號的采樣與復現 7.2.1 采樣過程及其數學描述 7.2.2 保持器 7.2.3 采樣定理 7.3 z變換 7.3.1 z變換的定義 7.3.2 z變換性質 7.3.3 z變換方法 7.4 z反變換 7.5 脈沖傳遞函數 7.5.1 脈沖傳遞函數的基本概念 7.5.2 串聯環節的開環脈沖傳遞函數 7.5.3 閉環系統的脈沖傳遞函數 7.6 求離散系統的時域響應 7.7 離散系統的穩定性分析 7.7.1 離散系統穩定條件 7.7.2 離散系統的勞斯穩定判據 7.8 離散系統的頻率特性分析 7.9 采樣系統的穩態誤差分析 7.10 采樣控制系統的綜合 7.10.1 采用連續系統的相似校正方法 7.10.2 串聯數字校正裝置的校正方法 7.10.3 最少拍采樣控制系統的校正 小結 習題第八章 非線性系統分析 8.1 非線性系統概述 8.1.1 非線性系統數學模型 8.1.2 非線性系統與線性系統的比較 8.1.3 非線性系統研究方法 8.1.4 典型非線性環節的輸入、輸出特性 8.2 小范圍線性近似法 8.3 相平面的概念及相軌跡作圖方法 8.3.1 相平面基本概念 8.3.2 相軌跡作圖方法 8.4 非線性控制系統相平面分析 8.5 非線性環節的描述函數 8.5.1 描述函數的基本概念 8.5.2 典型非線性環節的描述函數 8.6 非線性控制系統的描述函數分析 8.6.1 非線性系統的穩定性判據 8.6.2 自持振蕩幅值與頻率的確定 8.6.3 含典型非線性環節的控制系統分析 小結 習題第九章 MATLAB語言簡介 9.1 系統仿真 9.2 MATLAB集成環境的組成 9.3 MATLAB的應用基礎 9.3.1 基本操作及命令 9.3.2 MATLAB函數 9.3.3 繪制響應曲線 9.3.4 MATLAB語言的聯機幫助功能 9.4 經典控制系統分析及設計 9.4.1 控制系統模型 9.4.2 時域分析 9.4.3 根軌跡法 9.4.4 頻域分析 9.4.5 離散系統中常用的MATLAB函數 9.5 控制系統分析中常用的MATLAB命令和函數 9.6 MATLAB其他相關工具參考文獻