《自动控制原理》共设8章。第1、2两章讲述自动控制原理的基础知识,第3~5章介绍经典自动控制原理三种主要的分析方法--时域分析法、根轨迹分析法和频域分析法,第6章讲述串联校正,第7章为离散系统的一些基本知识,第8章主要通过一些具体的应用实例来说明自动控制原理的应用。《自动控制原理》结合国内外同类教材,以我国学生的现状为基础,通过大量经过精选的例子来说明自动控制的一些基本原理,使学生能轻松地理解和掌握自动控制的相关知识,并能灵活运用;同时结合**软件MATLAB,举例说明了该软件在自动控制中的具体应用。
《自动控制原理》侧重于工程应用,内容由浅入深,对于不同层次的学生可灵活挑选其中的内容学习。《自动控制原理》适用对象主要是理工科大学生及企业的相关技术人员。

第1章自动控制系统的一般概念(1)
1.1引言(1)
1.2自动控制发展历程(1)
1.3自动控制的实例(3)
1.4自动控制系统的基本组成及要求(5)
1.4.1自动控制系统的基本组成(5)
1.4.2自动控制系统的基本要求(6)
1.5自动控制系统的分类(6)
1.5.1按控制方式分类(6)
1.5.2按控制系统性能分类(7)
1.5.3控制系统其他的分类方法(8)
1.6自动控制的发展前景(8)
1.6.1自动控制理论的发展(8)
1.6.2数控制造业的发展(9)
1.6.3电网调度的自动化技术11)
1.7本课程的任务(12)
附录:自动控制的相关术语(1a)
习题(14)

第2章控制系统的数学模型(15)
2.1引言(15)
2.2运动对象的微分方程(16)
2.3线性微分方程的求解(21)
2.3.1线性微分方程的特性(21)
2.3.2非线性微分方程的线性化(21)
2.4控制系统的复域数学模型(22)
2.5控制系统的结构图(27)
2.5.1结构图的基本组成(27)
2.5.2结构图的绘制(27)
2.5.3结构图的基本连接方式(29)
2.5.4结构图的简化(31)
2.6信号流图和梅逊公式(36)
2.6.1信号流图的基本术语和性质(36)
2.6.2信号流图的绘制(38)
2.6.3梅逊增益公式(40)
2.7数学模型的实验测定(45)
附录:拉普拉斯变换与反变换(46)
习题(52)

第3章线性系统的时域分析法(55)
3.1引言(55)
3.2线性控制系统的时域性能指标及典型输入(55)
3.2.1**稳定性、相对稳定性(55)
3.2.2典型输入信号(56)
3.2.3系统的时域性能指标(57)
3.3一阶系统的时域响应(58)
3.3.1单位阶跃响应一(59)
3.3.2单位脉冲响应(60)
3.3.3单位斜坡响应(60)
3.3.4一阶系统的单位加速度响应(61)
3.4二阶系统的时域响应(62)
3.4.1二阶系统的数学模型(62)
3.4.2二阶系统的特性(64)
3.4.3欠阻尼二阶系统的响应(65)
3.4.4临界阻尼二阶系统的响应(73)
3.4.5过阻尼二阶系统的响应(75)
3.4.6二阶系统的性能改善(79)
3.4.7非零初始条件的二阶系统响应(85)
3.5高阶系统的时域响应(85)
3.6线性定常系统的稳定性(89)
3.6.1稳定性的基本概念(89)
3.6.2劳斯稳定判据(90)
3.6.3劳斯稳定判据特殊情况(92)
3.7线性系统稳态误差的计算(95)
3.7.1系统类型(95)
3.7.2不同类型系统的稳态误差(96)
3.7.3带扰动作用线性系统的性能分析(98)
习题(100)

第4章自动控制系统的根轨迹法(104)
4.1根轨迹概念(104)
4.2根轨迹增益及根轨迹方程(105)
4.2.1根轨迹增益(105)
4.2.2根轨迹方程(107)
4.3根轨迹绘制的基本法则(110)
4.4使用MATLAB绘制根轨迹(126)
4.4.1求系统根轨迹的函数rlocus()(126)
4.4.2求系统根轨迹的函数rlocfind()(129)
4.4.3零极点分布图函数pzmap()(130)
4.4.4根轨迹设计工具(130)
4.5根轨迹与系统性能的关系(134)
4.5.1根轨迹与系统性能之间的关系(135)
4.5.2利用根轨迹设计控制系统(140)
4.6广义根轨迹(143)
4.6.1参数根轨迹(143)
4.6.2零度根轨迹(147)
习题(151)

第5章自动控制系统的频域分析法(154)
5.1引言(154)
5.2频率特性的表示方法(154)
5.2.1幅相频率特性曲线图(154)
5.2.2对数频率特性图(156)
5.2.3其他频率表示方法(158)
5.3开环典型环节频率特性绘制(159)
5.3.1典型*小相位环节的幅频曲线(159)
5.3.2典型非*小相位环节的幅频曲线(165)
5.4一般系统频率特性的绘制(166)
5.5特定系统频率特性的表示方法(169)
5.5.1 v型开环传递函数的幅相曲线绘制(169)
5.5.2 v型开环传递函数的对数频率特性曲线的绘制(172)
5.5.3带二阶零阻尼系统开环传递函数幅相曲线的绘制(173)
5.5.4带二阶零阻尼系统开环传递函数对数频率特性曲线的绘制(177)
5.5.5带延迟环节系统幅相曲线的绘制(179)
5.6频率特性的重要性质(180)
5.7频域系统的稳定性(182)
5.7.1基本概念及数学基础(182)
5.7.2奈奎斯特稳定性判据(189)
5.7.3奈奎斯特稳定性判据应用举例(191)
5.7.4对数频率特性的稳定性判据(201)
5.8控制系统的稳定裕度(204)
5.8.1幅值裕度(205)
5.8.2相角裕度(205)
5.8.3稳定裕度举例(205)
5.8.4系统稳定性小结(207)
5.9使用MATLAB绘制系统的频率特性(208)
5.9.1控制系统的幅相特性的绘制(208)
5.9.2控制系统的对数频率特性的绘制(2lO)
5.9.3控制系统的Nichols曲线的绘制(212)
5.9.4控制系统稳定裕度的计算和判断(213)
5.9.5带延迟环节系统的分析(215)
5.10闭环系统的频域性能指标(217)
5.10.1闭环控制系统的带宽(217)
5.10.2闭环系统的带宽对系统性能的影响(217)
5.10.3闭环系统与开环系统之间的关系(219)
5.10.4闭环二阶系统频域指标和时域指标之间的关系(222)
5.10.5Nichols图线的应用(224)
5.11频域系统的设计举例(227)
5.11.1给定目标性能,设计系统传递函数(227)
5.11.2远程遥控侦察车(231)
5.11.3雕刻机控制系统(233)

附录:傅氏变换(235)
习题(240)

第6章自动控制系统的串联校正(245)
6.1引言(245)
6.2常用校正装置(245)
6.2.1无源校正网络(245)
6.2.2有源校正装置一(250)
6.2.3PID控制器(253)
6.3系统的串联校正(254)
6.3.1频率响应法校正方法(254)
6.3.2串联超前校正(255)
6.3.3串联滞后校正(259)
6.3.4串联滞后一超前校正(262)
6.3.5串联校正的预期频率特性综合法(265)
6.4反馈校正(269)
6.4.1反馈校正的原理(269)
6.4.2反馈校正的特点(270)
6.4.3反馈校正的综合(271)
6.4.4测速一超前网络反馈校正(272)
6.5.复合校正(274)
6.5.1按扰动补偿的复合校正(274)
6.5.2按输入补偿的复合校正(276)
6.5.3串联综合法校正(279)
6.5.4串联工程综合设计法(283)
习题(286)

第7章离散采样系统(289)
7.1概述(289)
7.2计算机控制系统的组成及特点(289)
7.2.1计算机反馈控制系统(289)
7.2.2计算机控制系统的组成(290)
7.2.3计算机控制系统的特点(291)
7.3信号转换(292)
7.3.1 A/D转换(292)
7.3.2采样信号(293)
7.3.3采样定理(294)
7.3.4采样周期丁的选取(294)
7.3.5信号恢复与保持器(295)
7.4 Z变换(295)
7.4.1采样信号拉氏变换(296)
7.4.2 Z变换的定义(296)
7.5 Z变换的性质和定理(297)
7.6 Z变换的求法(300)
7.6.1级数求和法(300)
7.6.2基于Z变换定理求法(301)
7.6.3部分分式展开法(301)
7.6.4留数计算法(302)
7.7 Z反变换(303)
7.7.1幂级数展开法(303)
7.7.2部分分式展开法(304)
7.7.3反演积分法(305)
7.8 z传递函数(306)
7.8.1 Z传递函数的定义(306)
7.8.2Z传递函数与单位脉冲响应序列的关系(307)
7.9离散系统的稳定性分析(307)
7.9.1离散系统稳定性的概念(307)
7.9.2离散系统稳定性判据(308)
7.10线性离散系统的响应分析(309)
习题(312)

第8章自动控制系统的工业应用’(314)
8.1典型控制单元(314)
8.1.1弹簧(314)
8.1.2电位差计和变阻器(315)
8.1.3伺服电机(316)
8.2典型控制器(317)
8.2.1液压控制器(317)
8.2.2电气控制器(319)
8.2.3链式控制(321)
8.2.4比例控制(323)
8.3工业应用实例(326)
8.3.1蒸汽发生器(326)
8.3.2水处理系统(327)
8.3.3空气调节系统(328)
8.3.4无人驾驶飞机(329)
参考文献(331)
……

随着科学技术的发展和社会的进步,自动化学科的发展也很快,在短短的几十年中,已经从经典自动化理论发展到现代控制理论。自动控制的新学科也不断涌现,如智能控制、网络控制、模糊控制等。而且自动化理论已经深入到很多领域,如航空航天、机器人、量子控制、现代物流控制等。在一定程度上,自动化理论的应用情况代表了它们的发展水平。作为现代制造业标志的数控机床是它的典型代表,正是由于自动化理论和制造业的高度结合,才形成了各种**的、功能强大的数控机床和加工**。
本书侧重于应用,主要为理工科大学生服务,也可作为相关研究人员、工程技术人员的自学教材。本书的特点是以应用为主,内容深入浅出,通过大量的应用实例解释一些深奥的问题,使学生在具体学习过程中,易于理解,能比较轻松地掌握自动控制原理的相关知识。同时在本书中,还专门设立了一章,介绍了自动化理论怎样在具体的工程实践中得以应用,通过这一章的具体例子来加深前面所学的知识。
教师在具体授课过程中,可根据具体的课时数和要求,调整相应的内容。书中打“*”的内容,教师可根据具体情况来选择学习。
本书共设8章。第1章主要讲述自动控制的一般概念,包含了自动控制的概念、分类方法、组成和发展前景;第2章主要讲述自动控制所涉及的基础知识,如数学模型、传递函数、结构图、信号流图、Mason公式;第3章主要涉及自动控制的时域分析法,其中包含了一、二阶系统的标准式,它们在典型信号作用下的响应、系统的性能指标、系统的稳定性及其判据;第4章讲述自动控制的根轨迹法,主要内容有根轨迹的概念、根轨迹方程、根轨迹的绘制法则、广义根轨迹和零度根轨迹;第5章为频域分析法,主要讲述频域的概念、频域的表达方式、系统在频域的稳定性判据和稳定域度;第6章为串联校正,主要内容为无源网络和有源网络的特性、串联校正、复合校正等;第7章为离散采样系统,包括离散系统基本概念、差分方程、Z变换与Z传递函数,以及离散系统稳定性等;第8章为自动控制在具体工业应用的一些典型实例。