自动控制理论

卢子广，1963年生，男，广西贵港人，1985年毕业于北京科技大学自动化系并获学士学位，1988年毕业于北京科技大学自动化系并获工学硕士学位，2004年毕业于清华大学电机系并获博士学位。广西大学电气工程学院教授、博士生导师，中国自动化学会理事、广西自动化学会理事长。近5年来，发表学术论文30余篇，承担完成国家自然科学基金项目等重要课题5项。主要研究领域：鲁棒控制、自适应控制、优化控制、网络化控制、分布式发电、无线传感器网络等。

前言
第1章 绪论
1．1 引言
1．2 自动控制理论的建立和发展
1．3 自动控制系统的基本概念
1．3．1 自动控制问题
1．3．2 控制系统的基小术语
1．3．3 自动控制系统的构成和要素
1．3．4 开环控制与反馈控制的特点
1．3．5 对控制系统的要求
1．3．6 控制系统的分类
1．4 自动控制理论的基本概念及主要内容
1．5 小结
1．6 习题

第2章 动态系统模型
2．1 引言
2．2 系统的时域模型
2．2．1 常微分方程模型
2．2．2 非线性系统的局部线性化模型
2．2．3 “黑箱”模型
2．3 复频域模型与传递函数
2．3．1 Laplace变换
2．3．2 传递函数
2．3．3 典型环节
2．3．4 传递函数的两个标准式
2．4 结构图及系统互联
2．4．1 结构图
2．4．2 系统互联结构
2．5 信号流图及Mason增益公式
2．5．1 信号流图
2．5．2 Mason增益公式
2．6 闭环系统的特性
2．7 小结
2．8 习题

第3章 连续时间线性系统的时域分析
3．1 典型输入信号及其Laplace变换
3．1．1 阶跃函数
3．1．2 斜坡函数
3．1．3 抛物线函数
3．1．4 脉冲函数
3．1．5 正弦函数
3．2 线性时不变系统的时域响应
3．2．1 用线性微分方程理论分析
3．2．2 用Laplace变换分析
3．3 线性系统的稳定性
3．3．1 稳定性的概念
3．3．2 线性时不变系统稳定的条件
3．3．3 Routh-Hurwitz判据
3．4 控制系统的性能指标
3．4．1 暂态性能
3．4．2 稳态性能
3．5 典型一阶系统
3．5．1 单位阶跃响应
3．5．2 单位斜坡响应
3．5．3 单位加速度响应
3．6 典型二阶系统
3．6．1 二阶系统的数学模型
3．6．2 系统的特征根与参量的关系
3．6．3 单位阶跃响应
3．6．4 单位斜坡响应
3．6．5 改善二阶系统的性能
3．7 高阶系统的响应
3．7．1 高阶系统单位阶跃响应
3．7．2 闭环主导极点
3．8 线性系统的稳态性能
3．8．1 基本概念
3．8．2 系统类型与稳态误差的关系
3．8．3 典型输入的系统稳态误差
3．8．4 扰动稳态误差
3．9 根轨迹法
3．9．1 基本概念
3．9．2 根轨迹的幅值条件及相角条件
3．9．3 根轨迹的作图规则
3．9．4 参数根轨迹
3．10 小结
3．11 习题

第4章 线性控制系统的频域分析
4．1 频率特性
4．1．1 频率响应
4．1．2 Fourier变换和广义频率特性
4．2 频率特性曲线
4．2．1 典型环节的频率特性曲线
4．2．2 开环系统的频率特性曲线
4．3 系统稳定性的环路分析
4．3．1 环路分析
4．3．2 相对稳定性与稳定裕度
4．4 NyquiSt稳定性判据及其应用
4．4．1 幅角原理
4．4．2 Nyquist稳定性判据
4．4．3 Nyquist稳定性判据的应用
4．4．4 模型扰动的稳定鲁棒性
4．5．Bode图及其应用
4．5．1 Bode图的概念
4．5．2 典型环节的Bode图
4．5．3 复杂系统开环Bode图的渐近线描图法
4．5．4 对数稳定判据
4．5．5 Bode幅相关系式与最小相位系统
4．5．6 稳定裕度的计算
4．6 利用开环频率特性分析系统的性能
4．6．1 低频渐近线与系统稳态误差的关系
4．6．2 交越区的频率特性与系统动态性能的关系
4．6．3 高频段频率特性对系统性能的影响
4．7 闭环频域分析
4．7．1 闭环频率特性
4．7．2 用MATLAB程序求闭环频率特性
4．7．3 闭环频率特性的几个特征量
4．7．4 闭环频域指标
4．8 小结
4．9 习题

第5章 线性控制系统的综合与校正
5．1 引言
5．1．1 校正方式
5．1．2 校正目标
5．1．3 校正的基本思路
5．1．4 性能指标
5．2 环路整形
5．3 串联校正
5．3．1 串联超前校正
5．3．2 串联滞后校正
5．3．3 串联滞后一超前校正
5．4 复合校正
5．5 局部反馈校正
5．6 控制系统的动态性能约束
5．6．1 过程输入信号幅值与模型摄动边界
5．6．2 非最小相位系统的性能约束
5．6．3 非最小相位系统的稳定补偿器的存在条件
5．7 极点配置设计
5．8 小结
5．9 习题

第6章 非线性控制系统分析
6．1 非线性控制系统概述
6．1．1 控制系统中的典型非线性特性
6．1．2 非线性控制系统的特殊性
6．1．3 非线性控制系统的分析方法
6．2 相平面法
6．2．1 相平面的基本概念
6．2．2 绘制相平面图的等倾线法
6．2．3 二阶线性系统的奇点和相轨迹
6．2．4 非线性系统的相平面分析
6．2．5 相平面法分析小结
6．3 描述函数法
6．3．1 描述函数的基本内容
6．3．2 典型非线性特性的描述函数
6．3．3 非线性特性的合并
6．3．4 用描述函数法分析非线性系统
6．4 改善非线性系统性能的措施及运用非线性特性
6．4．1 改善非线性系统性能的措施
6．4．2 运用非线性特性
6．5 小结
6．6 习题

第7章 离散控制系统的基本理论
7．1 引言
7．2 信号的采样与保持
7．2．1 采样过程
7．2．2 理想采样信号的数学描述
7．2．3 采样定理及采样周期的选取
7．2．4 信号的保持
7．3 z变换理论
7．3．1 z变换定义
7．3．2 z变换的基本定理
7．3．3 z变换的求法
7．3．4 z反变换及其求法
7．4 离散控制系统的数学描述
7．4．1 差分方程与离散传递函数
7．4．2 脉冲传递函数
7．5 离散控制系统的分析
7．5．1 s域到z域的映射
7．5．2 离散控制系统的响应
7．5．3 离散控制系统的稳定性判据
7．5．4 离散控制系统的暂态响应
7．5．5 离散控制系统的稳态误差
7．6 线性离散控制系统的校正
7．6．1 最少拍控制
7．6．2 有限拍控制
7．6．3 离散PID控制
7．7 小结
7．8 习题
参考文献

插图：


第2章动态系统模型
2.1 引言
科学的每一个分支都有自己的一套“模型”理论，在模型的基础上可以运用数学工具进行研究。为了便于对动态系统进行分析，同样需要建立动态系统的模型。所谓模型，是指系统物理特性的数学抽象，以数学表达式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统特性。对于不同的物理系统，经过抽象和近似，可以得到形式上完全相同的数学模型，这为不同领域的系统提供了统一的分析与设计方法。在控制工程中，一般基于物理概念，将系统分解为若干典型的基本环节，然后将它们互联组合成复杂系统，以简化分析过程。分解与互联的概念使人们容易理解反馈系统的本质，也有助于从系统分析过渡到系统设计。
在本书的论述中，采用的是输入/输出描述方法，即着眼于系统外部输入与输出的行为特性，并不关心系统内部变量的情况。许多系统可以抽象或近似为确定性、集总线性时不变（Linear Time Invariant，LTI）系统。本章论述连续时间LTI系统模型，包括微分方程、传递函数，以及描述系统互联关系的结构图和信号流图。