普通高等教育“十一五”国家级规划教材：自动控制原理（第2版）

　　目录前言第1章 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 自动控制系统的构成 (2)1.3 自动控制的基本原理 (4)1.3.1 反馈控制 (4)1.3.2 顺馈控制 (5)1.4 控制系统的分类 (6)1.4.1 恒值调节系统和随动系统 (6)1.4.2 线性系统和非线性系统 (6)1.4.3 定常系统和时变系统 (7)1.4.4 连续系统和离散系统 (7)1.5 控制系统的性能和典型测试信号 (8)1.5.1 对控制系统的基本要求 (8)1.5.2 控制系统中常用的典型测试信号 (9)习题 (11)第2章 控制系统的输入-输出模型 (13)2.1 引言 (13)2.2 列写输入-输出运动方程 (14)2.2.1 机械系统 (14)2.2.2 电路系统 (18)2.2.3 机电系统 (19)2.2.4 液位系统 (20)2.3 传递函数与系统框图 (22)2.3.1 传递函数 (22)2.3.2 方框图及系统的连接 (25)2.3.3 典型环节的传递…
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　　    田玉平，东南大学自动控制系教授，博士生导师，“长江学者奖励计划”特聘教授，国家杰出青年基金和霍英东基金获导者。1986年清华大学自动化系本科毕业，获学士学位；1991年莫斯科动力学院自动化与计算机技术系研究生毕业，获前苏联自动控制专业哲学博士；1996年获俄罗斯技术科学博士学位。

　　《自动控制原理（第二版）》系统地介绍了自动控制的基本理论。《自动控制原理（第二版）》共8章。第1章介绍自动控制的一些基本概念；第2章介绍控制系统的输入-输出模型，包括系统运动方程、传递函数、频率特性函数、框图和信号流图等；第3章介绍控制系统的状态空间模型；第4章介绍控制系统的稳定性分析；第5章介绍控制系统的时域运动分析；第6章介绍系统校正方法；第7章介绍线性控制系统的状态空间分析与设计；第8章介绍非线性控制系统，主要是描述函数法和相平面法。　　《自动控制原理（第二版）》的特色在于突破了传统的编排方式，以控制理论的三个主要任务——系统建模、系统分析和系统综合校正——为主线，统一处理经典控制和现代控制、连续时间系统和离散时间系统、频域方法和时域方法。

　　目录前言第1章 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 自动控制系统的构成 (2)1.3 自动控制的基本原理 (4)1.3.1 反馈控制 (4)1.3.2 顺馈控制 (5)1.4 控制系统的分类 (6)1.4.1 恒值调节系统和随动系统 (6)1.4.2 线性系统和非线性系统 (6)1.4.3 定常系统和时变系统 (7)1.4.4 连续系统和离散系统 (7)1.5 控制系统的性能和典型测试信号 (8)1.5.1 对控制系统的基本要求 (8)1.5.2 控制系统中常用的典型测试信号 (9)习题 (11)第2章 控制系统的输入-输出模型 (13)2.1 引言 (13)2.2 列写输入-输出运动方程 (14)2.2.1 机械系统 (14)2.2.2 电路系统 (18)2.2.3 机电系统 (19)2.2.4 液位系统 (20)2.3 传递函数与系统框图 (22)2.3.1 传递函数 (22)2.3.2 方框图及系统的连接 (25)2.3.3 典型环节的传递函数 (29)2.3.4 方框图化简 (34)2.4 信号流图与梅森公式 (37)2.4.1 信号流图 (37)2.4.2 梅森公式 (40)2.5 频率特性函数 (42)2.5.1 频率特性函数的定义 (42)2.5.2 频率特性的图示方法 (44)2.5.3 典型环节的频率特性 (49)2.5.4 开环系统频率特性图的绘制 (57)2.6 采样控制系统的数学描述 (64)2.6.1 采样控制系统 (64)2.6.2 信号采样与恢复 (66)2.6.3 采样系统的差分方程描述 (70)2.6.4 脉冲传递函数 (72)2.7 利用Matlab分析控制系统输入-输出模型 (78)习题 (82)第3章 控制系统的状态空间模型 (89)3.1 状态与状态空间 (89)3.2 状态方程和输出方程 (91)3.3 状态空间模型与输入-输出模型之间的关系 (94)3.3.1 由状态空间模型推导输入-输出模型 (94)3.3.2 由输入-输出模型建立状态空间模型 (95)3.4 利用状态空间模型求解线性定常系统 (102)3.4.1 线性定常系统状态方程的零输入响应 (102)3.4.2 线性定常系统非齐次状态方程的解 (104)3.4.3 状态转移矩阵的计算 (106)3.5 离散时间状态空间模型 (115)3.5.1 采样系统的状态空间模型 (115)3.5.2 利用状态空间方程求解线性离散系统 (117)3.5.3 离散系统的状态转移矩阵及计算 (119)3.6 利用Matlab分析状态空间模型 (122)习题 (124)第4章 控制系统的稳定性分析 (128)4.1 稳定性的概念和定义 (128)4.2 线性定常系统稳定的充分必要条件 (130)4.2.1 状态空间模型 (130)4.2.2 输入-输出模型 (132)4.2.3 离散时间控制系统 (135)4.3 系统稳定性的代数判据 (137)4.3.1 连续时间系统稳定性的代数判据 (137)4.3.2 劳斯-霍尔维茨判据的应用 (143)4.3.3 离散时间系统稳定性的代数判据 (146)4.4 根轨迹图及系统稳定性分析 (152)4.4.1 根轨迹图的基本概念 (152)4.4.2 幅值条件和幅角条件 (153)4.4.3 绘制根轨迹的基本法则 (156)4.4.4 根轨迹图的绘制及系统稳定性分析 (166)4.5 奈奎斯特稳定性判据 (172)4.5.1 幅角定理 (173)4.5.2 奈奎斯特稳定性判据 (177)4.5.3 开环系统含有积分环节时奈奎斯特稳定性判据的应用 (181)4.5.4 奈奎斯特稳定性判据在伯德图中的表示形式 (185)4.5.5 稳定裕度 (187)4.6 李雅普诺夫稳定性分析 (190)4.6.1 能量函数与正定函数 (190)4.6.2 李雅普诺夫第二方法 (192)4.6.3 线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析 (195)4.7 利用Matlab进行稳定性绘图分析 (197)习题 (200)第5章 控制系统的时域运动分析 (206)5.1 控制系统的时域响应 (206)5.1.1 连续时间系统输出响应 (206)5.1.2 离散时间系统输出响应 (210)5.2 控制系统瞬态性能分析 (211)5.2.1 瞬态性能指标的定义 (212)5.2.2 一阶系统瞬态性能分析 (213)5.2.3 典型二阶系统瞬态性能分析 (216)5.2.4 高阶系统瞬态性能分析 (238)5.3 控制系统稳态性能分析 (240)5.3.1 控制系统的误差与稳态误差 (240)5.3.2 误差的数学模型 (242)5.3.3 稳态误差分析与静态误差系数 (243)5.3.4 控制系统的动态误差 (251)5.3.5 扰动输入作用下的稳态误差 (255)5.3.6 减小或消除稳态误差的措施 (258)5.3.7 离散时间系统的稳态误差 (259)5.4 利用Matlab进行时域分析 (263)5.4.1 Matlab时域响应命令及其应用 (264)5.4.2 用Simulink进行系统仿真 (267)习题 (275)第6章 系统校正方法 (279)6.1 引言 (279)6.2 系统校正的根轨迹法 (282)6.2.1 增加零、极点对根轨迹的影响 (282)6.2.2 根轨迹校正举例 (285)6.2.3 校正装置的实现 (290)6.3 系统校正的频率特性法 (292)6.3.1 开环频率特性与时域性能指标间的关系 (292)6.3.2 频率特性法校正举例 (295)6.4 基本控制规律分析 (308)6.4.1 此例控制规律 (308)6.4.2 积分控制规律 (310)6.4.3 比例加积分控制规律 (310)6.4.4 比例加微分控制规律 (311)6.4.5 比例加积分加微分控制规律 (313)6.4.6 PID控制器的参数调整 (314)6.5 局部反馈校正 (317)6.6 离散系统的数字校正 (321)6.6.1 概述 (321)6.6.2 离散系统校正的根轨迹法 (321)6.6.3 离散系统校正的频域法 (324)6.6.4 离散系统的最少拍校正法 (327)习题 (334)第7章 线性控制系统的状态空间分析与设计 (337)7.1 特征值规范型 (337)7.1.1 对角线规范型 (337)7.1.2 若尔当规范型 (342)7.2 状态能控性 (347)7.2.1 状态能控性定义 (347)7.2.2 能控性判据 (349)7.3 状态能观性 (356)7.3.1 状态能观性定义 (356)7.3.2 能观性判据 (357)7.3.3 对偶性原理 (360)7.4 离散时间系统的能控性和能观性 (361)7.5 控制系统的结构分解 (362)7.5.1 按能控性分解 (362)7.5.2 按能观性分解 (369)7.5.3 按能控性和能观性分解 (372)7.6 能控规范型和能观规范型 (373)7.6.1 能控规范型 (373)7.6.2 能观规范型 (376)7.6.3 传递函数中零极点对消的影响 (377)7.7 状态反馈与输出反馈 (378)7.7.1 状态反馈和输出反馈的概念 (378)7.7.2 状态反馈和输出反馈对系统能控性和能观性的影响 (380)7.8 闭环系统的极点配置 (381)7.8.1 极点配置问题 (381)7.8.2 极点配置定理 (384)7.8.3 基于输出反馈的极点配置 (388)7.8.4 系统镇定 (389)7.9 状态观测器设计 (393)7.9.1 全维状态观测器 (393)7.9.2 降维观测器 (397)7.10 带有状态观测器的反馈控制系统 (401)7.11 利用Matlab进行状态空间分析和设计 (406)习题 (408)第8章 非线性控制系统 (414)8.1 非线性控制系统概述 (414)8.1.1 典型的非线性特性及其对系统特性的影响 (414)8.1.2 非线性系统的特点 (417)8.1.3 非线性系统的分析方法 (419)8.2 描述函数法 (420)8.2.1 描述函数法的一般原理 (420)8.2.2 典型非线性环节的描述函数 (422)8.2.3 非线性系统的描述函数法分析 (432)8.3 相平面法 (441)8.3.1 相平面法的有关概念 (441)8.3.2 相平面图的绘制方法 (444)8.3.3 线性系统的相轨迹 (448)8.3.4 非线性系统相平面分析 (454)8.4 利用非线性特性改善系统的性能 (465)8.5 非线性系统的Matlab仿真分析 (468)习题 (472)参考文献 (478)附录 Z变换 (479)
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　　    田玉平，东南大学自动控制系教授，博士生导师，“长江学者奖励计划”特聘教授，国家杰出青年基金和霍英东基金获导者。1986年清华大学自动化系本科毕业，获学士学位；1991年莫斯科动力学院自动化与计算机技术系研究生毕业，获前苏联自动控制专业哲学博士；1996年获俄罗斯技术科学博士学位。

　　《自动控制原理（第二版）》系统地介绍了自动控制的基本理论。《自动控制原理（第二版）》共8章。第1章介绍自动控制的一些基本概念；第2章介绍控制系统的输入-输出模型，包括系统运动方程、传递函数、频率特性函数、框图和信号流图等；第3章介绍控制系统的状态空间模型；第4章介绍控制系统的稳定性分析；第5章介绍控制系统的时域运动分析；第6章介绍系统校正方法；第7章介绍线性控制系统的状态空间分析与设计；第8章介绍非线性控制系统，主要是描述函数法和相平面法。　　《自动控制原理（第二版）》的特色在于突破了传统的编排方式，以控制理论的三个主要任务——系统建模、系统分析和系统综合校正——为主线，统一处理经典控制和现代控制、连续时间系统和离散时间系统、频域方法和时域方法。