自动控制原理

徐晓丽

目录

  • 1 第一章   绪论
    • 1.1 第一节  概论
      • 1.1.1 控制的含义
      • 1.1.2 人工控制与自动控制
      • 1.1.3 自动控制学科的特点
      • 1.1.4 控制科学与工程的内涵
      • 1.1.5 自动控制理论的内容
      • 1.1.6 自动控制理论的基本问题
    • 1.2 第二节   反馈控制系统的基本概念
    • 1.3 第三节    自动控制系统的组成及方框图
    • 1.4 第四节　自动控制系统的分类
      • 1.4.1 按控制依据信号性质分类
      • 1.4.2 按给定值变化规律分类
      • 1.4.3 按输入输出变量数分类
      • 1.4.4 按系统特性分类
      • 1.4.5 按变量的时间特性分类
      • 1.4.6 按变量的变化特性分类
      • 1.4.7 按变量的统计特性分类
      • 1.4.8 按控制规律分类
      • 1.4.9 按控制器实现器件分类
    • 1.5 第五节 控制系统性能分析概论
      • 1.5.1 阶跃信号（Step  Function）
      • 1.5.2 斜坡信号（Ramp  Function）
      • 1.5.3 抛物线信号（Parabolic  Function）
      • 1.5.4 脉冲信号（Pulse  Function）
      • 1.5.5 正弦信号（Sine  Function）
      • 1.5.6 动态特性分析
      • 1.5.7 稳态特性分析
    • 1.6 第六节  自动控制系统性能要求
    • 1.7 新建课程目录
  • 2 第二章 自动控制系统的数学模型
    • 2.1 第一节   引言
    • 2.2 第二节   机理分析建模方法
      • 2.2.1 建立模型的步骤
        • 2.2.1.1 建模举例---机械系统
        • 2.2.1.2 建模举例---电气系统
        • 2.2.1.3 建模举例---液力系统
        • 2.2.1.4 建模举例---热力系统
      • 2.2.2 物理系统的相似性
    • 2.3 第三节  传递函数
      • 2.3.1 传递函数
        • 2.3.1.1 传递函数的求取方法
        • 2.3.1.2 传递函数的求取方法
        • 2.3.1.3 传递函数的性质
    • 2.4 第四节  典型环节的动态特性
      • 2.4.1 比例环节
      • 2.4.2 积分环节
      • 2.4.3 微分环节
      • 2.4.4 惯性环节
      • 2.4.5 振荡环节
      • 2.4.6 迟延环节
    • 2.5 第五节  PID控制器
      • 2.5.1 PID控制器的动态特性
    • 2.6 第六节  系统方框图等效变换和信号流图
      • 2.6.1 方框图等效变换
        • 2.6.1.1 等效变换规则（1）
        • 2.6.1.2 等效变换规则（2）
        • 2.6.1.3 等效变换规则（3）
        • 2.6.1.4 等效变换规则（4）
        • 2.6.1.5 应用举例(1)
      • 2.6.2 信号流图
    • 2.7 第七节  状态方程模型
    • 2.8 第八节   实验建模方法
      • 2.8.1 阶跃响应图解法
  • 3 第三章 控制系统的时域分析
    • 3.1 第一节  引言
    • 3.2 第二节   时域性能指标
      • 3.2.1 概论
      • 3.2.2 阶跃响应指标
      • 3.2.3 误差积分指标
      • 3.2.4 误差积分指标的比较
    • 3.3 第三节  一阶系统的时域分析
      • 3.3.1 一阶系统数学模型
      • 3.3.2 单位阶跃响应
      • 3.3.3 单位斜坡响应
      • 3.3.4 单位脉冲响应
    • 3.4 第四节   二阶系统的时域分析
      • 3.4.1 二阶系统的分类
      • 3.4.2 二阶系统的 特征根及对应的单位阶跃响应
      • 3.4.3 二阶系统的单位阶跃响应
      • 3.4.4 二阶系统的单位脉冲响应
      • 3.4.5 欠阻尼标准二阶系统 的动态性能指标计算
      • 3.4.6 过阻尼标准二阶系统的 动态性能指标计算
      • 3.4.7 有零点的二阶系统的动态响应分析
    • 3.5 第五节      零极点分布对系统 动态响应的影响
    • 3.6 第六节   高阶系统    的动态响应及简化分析
    • 3.7 第七节   控制系统 的稳定性与代数判据
    • 3.8 第八节  控制系统的 稳态误差分析及误差系数
    • 3.9 第九节  李亚普诺夫稳定性分析
  • 4 第四章 控制系统设计导论
    • 4.1 第四章 控制系统设计导论
    • 4.2 第二节  系统结构设计
    • 4.3 第三节  控制规律选择
    • 4.4 第四节  控制器参数整定
    • 4.5 第五节  串级控制系统
    • 4.6 第六节   多闭环控制系统
    • 4.7 第七节  比值控制系统
    • 4.8 第八节  前馈控制系统
    • 4.9 第九节  解耦控制系统
    • 4.10 第十节  迟延补偿控制系统
    • 4.11 第十一节  其它控制系统
  • 5 第五章   控制系统根轨迹法
    • 5.1 第一节 引言
    • 5.2 第二节  根轨迹的基本概念
    • 5.3 第三节 根轨迹的绘制规则和方法
    • 5.4 第四节  开环零极点对根轨迹的影响
    • 5.5 第五节  控制系统根轨迹分析与设计
    • 5.6 第六节  参变量根轨迹族
    • 5.7 第七节  零度根轨迹
  • 6 第六章   控制系统的频域分析
    • 6.1 第一节     引言
    • 6.2 第二节     频率特性的基本概念
    • 6.3 第三节     频率特性的极坐标图
    • 6.4 第四节     频率特性的对数极坐标图
    • 6.5 第五节     控制系统的奈氏图分析
    • 6.6 第六节     控制系统的伯德图分析
    • 6.7 第七节     闭环系统频率特性分析
    • 6.8 第八节     控制系统的频率特性分析与设计
    • 6.9 章节测验
  • 7 第七章   离散控制系统
    • 7.1 第一节  概述
    • 7.2 第二节  连续信号的采样和复现
    • 7.3 第三节  离散控制系统的数学模型
    • 7.4 第四节  离散控制系统的性能分析
    • 7.5 第五节  离散控制系统的设计
  • 8 第八章   控制系统的状态空间分析
    • 8.1 第一节  概述
    • 8.2 第二节  连续状态方程的解
    • 8.3 第三节  离散状态方程的解
    • 8.4 第四节  连续状态方程与离散状态方程的转换
    • 8.5 第五节  状态转移矩阵的计算
    • 8.6 第六节  单变量连续系统状态空间描述的标准形
    • 8.7 第七节  化为标准形的变换
    • 8.8 第八节 系统的稳定性、能控性和能观性分析
    • 8.9 第九节  线性定常系统的结构分解
    • 8.10 第十节  闭环控制系统的状态空间分析
    • 8.11 第十一节  用极点配置法设计状态控制器
    • 8.12 第十二节  用极点配置法设计状态观测器
    • 8.13 第十三节   最优控制概论
  • 9 系统的结构图如图所示
    • 9.1 第一节   非线性系统概述
    • 9.2 第二节   描述函数法
    • 9.3 第三节   相平面法
第二节  系统结构设计

            系统结构设计



     


                     基本控制系统结构 



                 有前置控制器的控制系统



              带有设定值前馈的控制系统



          扰动前馈加在主控制器前的控制系统 



           扰动前馈加在主控制器的控制系统



                     串级控制系统



               多回路（多闭环）控制系统


   


                     比值控制系统



                     解耦控制系统


 控制系统结构设计主要是根据受控过程特点和控制品质要求进行的。

当所面对的控制过程受负荷类扰动影响较大，其扰动量可测时，应考虑具有前馈作用的控制系统结构。

当所面对的受控过程是多变量系统且变量间耦合严重时，应考虑采用解耦控制系统结构。当所面对的受控过程要求控制的又快又好时，可考虑串级控制或多回路控制系统。

当既要求有良好的设定值跟踪性能又要求有强的过程扰动抑制性能时，应考虑用双自由度的控制系统结构。