第1章自队氙控制系统的基本概念1.doc

第1章自动控制系统的基本概念1 1.1开环控制系统与闭环控制系统1 1.2闭环控制系统的组成和基本环节4 1.3自动控制系统的类型6 1.3.1线性系统和非线性系统6 1.3.2连续系统和离散系统8 1.3.3恒值系统、随动系统和程序控制系统9 1.4自动控制系统的性能指标9 1.4.1稳定性9 1.4.2稳态性能指标10 1.4.3暂态性能指标10 小结13 思考题与习题14 第2章自动控制系统的数学模型17 2.1微分方程式的编写17 2.1.1机械系统18 2.1.2电气系统21 2.1.3液压系统24 2.1.4热工系统29 2.2非线性数学模型的线性化31 2.3传递函数35 2.3.1传递函数的定义35 2.3.2典型环节的传递函数及暂态特性41 2.4系统动态结构图49 2.5系统传递函数和结构图的等效变换52 2.5.1典型连接的等效传递函数53 2.5.2相加点及分支点的变位运算55 2.5.3系统开环传递函数57 2.5.4系统闭环传递函数60 2.5.5系统对给定作用和扰动作用的传递函数61 2.6信号流图62 2.6.1信号流图中的术语63 2.6.2信号流图的绘制64 2.6.3信号流图的基本简化法则65 2.6.4梅逊增益公式66 2.7用MATLAB求解线性微分方程和化简系统方框图71 2.7.1MATLAB中数学模型的表示71 2.7.2用MATLAB求解线性微分方程73 2.7.3MATLAB在系统方框图化简中的应用76 小结78 思考题与习题79 第3章自动控制系统的时域分析85 3.1自动控制系统的时域指标86 3.1.1对控制性能的要求86 3.1.2自动控制系统的典型输入信号87 3.2一阶系统的阶跃响应89 3.2.1一阶系统的数学模型89 3.2.2一阶系统的单位阶跃响应89 3.3二阶系统的阶跃响应91 3.3.1典型二阶系统的动态特性93 3.3.2二阶系统动态特性指标97 3.3.3二阶系统特征参数与动态性能指标之间的关系100 3.3.4二阶工程最佳参数101 3.3.5零、极点对二阶系统动态性能的影响103 3.4高阶系统的动态响应107 3.5自动控制系统的代数稳定判据109 3.5.1线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件109 3.5.2劳斯判据110 3.5.3赫尔维茨判据113 3.5.4谢绪恺判据114 3.5.5参数对稳定性的影响115 3.5.6相对稳定性和稳定裕度117 3.6稳态误差118 3.6.1扰动稳态误差118 3.6.2给定稳态误差和误差系数120 3.6.3减小稳态误差的方法126 3.7用MATLAB进行系统时域分析129 3.7.1典型输入信号的MATLAB实现130 3.7.2系统的稳定性分析134 3.7.3MATLAB在求解系统给定稳态误差中的应用136 小结138 思考题与习题138 第4章根轨迹法143 4.1根轨迹法的基本概念144 4.2根轨迹的绘制法则146 4.2.1绘制根轨迹的一般法则146 4.2.2自动控制系统的根轨迹155 4.2.3零度根轨迹166 4.2.4参数根轨迹168 4.3用根轨迹法分析系统的动态特性172 4.3.1在根轨迹上确定特征根172 4.3.2用根轨迹法分析系统的动态特性173 4.3.3开环零点对系统根轨迹的影响176 4.3.4开环极点对系统根轨迹的影响178 4.3.5偶极子对系统性能的影响178 4.4用MATLAB绘制根轨迹181 4.4.1根轨迹分析的MATLAB实现的函数指令格式181 4.4.2零度根轨迹的MATLAB绘制187 4.4.3参数根轨迹的MATLAB绘制188 小结191 思考题与习题191 第5章频率法195 5.1频率特性的基本概念195 5.2非周期函数的频谱分析198 5.2.1周期函数的傅氏级数分解198 5.2.2非周期函数的频谱201 5.3频率特性的表示方法204 5.3.1幅相频率特性204 5.3.2对数频率特性205 5.3.3对数幅相频率特性206 5.4典型环节的频率特性206 5.4.1比例环节206 5.4.2惯性环节207 5.4.3积分环节211 5.4.4微分环节212 5.4.5振荡环节214 5.4.6时滞环节217 5.4.7最小相位环节218 5.5系统开环频率特性的绘制219 5.5.1系统的开环幅相频率特性219 5.5.2系统的开环对数频率特性224 5.6奈奎斯特稳定判据及其应用22