自动控制原理_郭小勤 ... [等] 编著_9787302476924

自动控制原理

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    本课程主要讨论自动控制系统的基本分析与综合方法。主要内容包括系统模型建立, 控制系统性能的时域分析和频域分析, 线性系统的综合设计方法、离散时间系统和非线性系统等。为了适用更多专业学生的学习, 在书的附录A中给出了拉氏变换和反变换的基本内容定理和一般应用方法。

　　自动控制原理前言前言近年来，由于市场对自动化及智能装备的需求旺盛，关注和学习自动控制原理或控制工程基础的读者也不断增加。作者在长期的教学实践和教学改革的基础上，立足于认知、发现、探寻、创新的学习方法，汲取国内外有关本领域的教学和科研成果，并考虑MOOC课程特点，统一规划，精心组织编写了本书。

本书系统地阐述了自动控制理论的基本概念、原理和分析方法及控制系统的时域与频域综合校正。全书共分9章，包括3个模块。第1～5章为第1模块，是控制理论的基本内容，主要讨论自动控制系统概述、系统建模、时域分析法、根轨迹分析法及时域综合。第6～7章为第2模块，包括频域分析方法与系统综合校正，主要讨论频率特性、系统校正概述及基于频域的系统校正设计。第8～9章为第3模块，包括非线性系统的相平面和描述函数分析及线性离散时间系统的建模和分析。本科自动化专业建议采用所有内容，可安排54～72学时；非自动化专业建议采用除第4章外的第1模块和（或）第2模块的部分内容，可安排36学时。本书在内容的组织上强调工程背景，注重理论联系实际，用直观和感性的物理概念、工程实例以及MATLAB仿真结果，使读者充分理解和掌握控制系统的基本规律和系统综合设计方法，其特点体现在以下几个方面。1.内容编排模块化，满足多种需求本书将整个自动控制理论的基本知识分为3个模块：时域分析与综合、频域分析与综合校正、非线性与离散系统分析。各模块内容相对独立，逐步递进，可满足不同专业的需求。例如自动化专业可选择全部内容，其他非自动化专业可选择除第4章外的第1模块和（或）第2模块的部分内容。由于在第1模块增加了1个章节专门讨论了PID控制律的解析分析、MATLAB时域仿真、PID参数整定及实际实例PID设计的一般步骤，使第1模块时域分析与综合内容完整，不仅给少学时的控制类课程学习带来了方便，同时还可提高自动化专业学生的综合应用能力。2.贯穿工程教育思想，学以致用本书借鉴工程教育思想，使学生在认知、发现、探寻的实践过程中学习新知识。在书中的多个章节，例如高阶系统主导极点、稳定性、频率特性等均以观察仿真结果为起点，引导读者认知、发现问题（规律），再配合解析推导，得到现象的本质。在编写过程中，以应用为导向，注重理论联系实际。例如在系统综合中，不仅在时域对PID进行解析分析，以运动控制中的点到点控制方式讨论PID控制特点，同时在频域系统综合中将PID与串联校正的超前、滞后及滞后超前设计进行比较，使读者从不同方面理解这两种类型控制器的实质，同时更易理解实际工程中的带滤波器的PID控制。以某型实际机器人肩关节角控制为例，讨论PID控制器的设计步骤和具体过程，并应用高阶系统简化、多参数的根轨迹分析、PID调参的策略等来解决实际问题。另外在实例中还涉及实际系统的输入指令设计及饱和限制等，使读者可综合应用所学知识和方法解决所遇到的问题。3.适应MOOC课程需要，构建自主学习环境为了更好地适应自主学习，本书各章末尾设有小结，概括该章的知识体系、重点和难点。同时设计了丰富的习题，包括问答题、基本习题和综合仿真分析题，并在某些基本题后给出了参考答案，附录B给出了各章典型习题的习题详解，方便读者自行检查学习效果，为读者解惑答疑。本书不仅专门设置章节讲解MATLAB的应用方法，而且给出了书中所用MATLAB仿真的程序文本。

本书第1章、第2章、第3章、第5章和附录B由郭小勤编写，第4章和第6章由潘剑飞编写，第7章和附录A由曹广忠编写，第8章和第9章由吴超编写。全书由郭小勤统一修改定稿，书中的插图由王鑫绘制。本书受到广东省精品教材项目资助，同时也是全国地方高校UOOC（优课）联盟《控制工程基础》课程的指定教材。限于作者水平，书中难免有不足之处，恳请广大读者批评指正。

编者

2017年5月

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