自动控制原理与技术

1 绪论
　1.1 引言
　1.2 自动控制的基本概念
1.2.1 人工控制与自动控制
1.2.2 开环控制系统
1.2.3 闭环控制系统
1.2.4 自动控制系统的特征和定义
　1.3 自动控制系统的组成
1.3.1 基本组成部分
1.3.2 自动控制系统中常用的名词术语
　1.4 自动控制系统的分类
1.4.1 按输入信号的特征分类
1.4.2 按描述元件的动态方程分类
1.4.3 按信号的传递是否连续分类
1.4.4 按系统的参数是否随时间而变化分类
　1.5 自动控制系统的应用实例
1.5.1 蒸汽机转速自动控制系统
1.5.2 炉温自动控制系统
1.5.3 导弹发射架的方位控制系统
1.5.4 船舶随动舵的控制系统
1.5.5 火炮、雷达天线的方位控制系统
　1.6 对自动控制系统的基本要求及本课程的研究内容
1.6.1 对自动控制系统的基本要求
1.6.2 本课程的研究内容
　1.7 计算机辅助设计与仿真工具MATLAB软件简介
1.7.1 MATLAB的操作界面简介
1.7.2 MATLAB中的命令和函数
1.7.3 MATLAB中的常量和变量
1.7.4 MATLAB中的运算符
1.7.5 绘制响应曲线
1.7.6 SIMUUNK简介
　本章小结
　习题
2 自动控制系统的数学模型
　2.1 控制系统的微分方程
2.1.1 线性元件的微分方程
2.1.2 微分方程的增量化表示
2.1.3 非线性微分方程的线性化
2.1.4 线性系统微分方程的编写
　2.2 传递函数
2.2.1 传递函数的概念和定义
2.2.2 用复数阻抗法求电网络的传递函数
2.2.3 关于传递函数的几点说明
　2.3 控制系统的结构图及其等效变换
2.3.1 结构图的基本概念
2.3.2 结构图的组成和建立
　2.4 自动控制系统的传递函数
2.4.1 系统的开环传递函数
2.4.2 闭环系统的传递函数
2.4.3 闭环系统的偏差传递函数
　2.5 信号流图
2.5.1 信号流图采用的一些符号及术语
2.5.2 信号流图的等效变换法则
2.5.3 梅逊公式及其应用举例
　本章小结
　习题
3 自动控制系统的时域分析
　3.1 稳定性和代数稳定判据
3.1.1 稳定的概念和线性系统稳定的充要条件
3.1.2 劳斯稳定判据
3.1.3 劳斯稳定判据的应用
　3.2 典型输入信号和阶跃响应性能指标
3.2.1 典型输入信号
3.2.2 阶跃响应性能指标
　3.3 一阶系统的动态性能指标
3.3.1 一阶系统的瞬态响应
3.3.2 一阶系统的动态性能指标
　3.4 二阶系统的动态性能指标
3.4.1 二阶系统的瞬态响应
3.4.2 二阶系统的动态性能指标
3.4.3 二阶系统动态性能指标与系统参数的关系
　3.5 高阶系统的时域分析
3.5.1 闭环系统主导极点
3.5.2 高阶系统的主导极点分析
　3.6 稳态误差分析
3.6.1 稳态误差的定义
3.6.2 控制系统的型别
3.6.3 给定输入信号作用下系统的稳态误差
3.6.4 扰动输入作用下系统的稳态误差
3.6.5 提高稳态精度的措施
　3.7 控制系统时域分析的MATLAB实现
3.7.1 控制系统单位阶跃响应
3.7.2 控制系统单位冲激响应
3.7.3 系统在其他输入下控制系统时域响应
3.7.4 应用Simulink分析系统的时域响应
　本章小结
　习题
4 自动控制系统的根轨迹分析法
　4.1 根轨迹分析法概述
4.1.1 根轨迹的概念
4.1.2 绘制根轨迹的相角条件和辐值条件
　4.2 根轨迹的绘制方法
4.2.1 根轨迹的分支数
4.2.2 根轨迹的连续性和对称性
4.2.3 根轨迹的起点（k=0）和终点（k=oc）
4.2.4 实轴上的根轨迹
4.2.5 根轨迹的渐近线
4.2.6 根轨迹的分离点
4.2.7 根轨迹的起始角与终止角
4.2.8 根轨迹与虚轴的交点
　4.3 根轨迹分析在MATLAB中的实现
4.3.1 绘制系统零极点图的函数pzmap（）
4.3.2 绘制系统根轨迹的函数rlocus（）
4.3.3 求取根轨迹上指定点处的增益函数rolcfind（）
　本章小结
　习题
5 自动控制系统的频率特性分析法
　5.1 频率特性的基本概念
5.1.1 频率特性的定义
5.1.2 频率特性的求取方法
5.1.3 频率特性的图示方法
　5.2 典型环节的频率特性
5.2.1 比例环节
5.2.2 积分环节
5.2.3 微分环节
5.2.4 惯性环节
5.2.5 一阶微分环节
5.2.6 振荡环节
5.2.7 二阶微分环节
5.2.8 延迟环节
5.2.9 非最小相位环节
　5.3 系统的开环频率特性
5.3.1 系统开环幅相频率特性的绘制
5.3.2 系统开环对数频率特性的绘制
　5.4 奈奎斯特稳定判据
5.4.1 辅助函数和奈奎斯特稳定判据
5.4.2 奈奎斯特稳定判据在I型和Ⅱ型中的应用
5.4.3 在伯德图上判别闭环系统的稳定性
5.4.4 多回路系统的稳定性分析
　5.5 稳定裕度
5.5.1 相角裕度
5.5.2 幅值裕度
　5.6 利用开环频率特性分析系统性能
5.6.1 L（w）低频渐近线与系统稳态误差的关系
5.6.2 L（w）中频段的斜率与系统稳定性的关系
5.6.3 开环频率特性和系统动态性能的关系
5.6.4 L（w）的高频段对系统性能的影响
5.6.5 结论
　本章小结
　习题
6 自动控制系统的校正
　6.1 自动控制系统性能改善概述
6.1.1 自动控制系统校正的概念
6.1.2 校正的实质
6.1.3 校正方案的确定
6.1.4 系统性能指标的确定
　6.2 提高系统准确性的校正方法
6.2.1 引入输入补偿方法
6.2.2 引入扰动补偿方法
　6.3 改善系统动态性能的校正方法
6.3.1 引入速度负反馈的系统校正方法
6.3.2 引入串联校正装置的系统校正方法
6.3.3 反馈校正方法
　6.4 PID调节器
6.4.1 PID的基本控制作用
6.4.2 PID控制器的参数确定
　6.5 MATIAB在系统稳定性分析中的应用
6.5.1 根据闭环系统的极点（特征根）判定系统的稳定性
6.5.2 利用根轨迹判断系统的稳定性
6.5.3 利用频率特性判定系统的稳定性
6.5.4 计算相角裕度和幅值裕度
本章小结
习题
附录
　附录Ⅰ 常用函数拉氏变换表
　附录Ⅱ 拉氏变换的一些定理
　附录Ⅲ MATLAB函数命令索引表