自动控制原理（孙优贤）（第二版）
出版时间:
2023-06
版次:
2
ISBN:
9787122425249
定价:
89.00
装帧:
平装
开本:
16开
纸张:
胶版纸
页数:
381页
字数:
824千字
-
《自动控制原理》（第二版）共分九章。第一章概述自动控制系统的基本概念以及发展的历程；第二章较为全面地描述控制系统各单元的微分方程、传递函数、方块图、状态空间等形式不一的数学模型和模型之间的关系；第三章讨论如何获取控制系统的时域响应和时域性能指标，着重分析二阶系统的特点；第四章说明系统的稳定性与稳态误差；第五章与第六章分别给出根轨迹与频率特性两种图解分析方法；第七章则将连续时间控制系统分析与综合的方法推广应用到线性离散时间控制系统；第八章阐述基于状态空间模型的线性系统理论基础；第九章简单介绍非线性系统的基本概念、相平面分析法与描述函数法的基本知识。本书立足自动控制的基础理论与概念，注意到知识的完整性与系统性。因此，不仅可作为自动化类、电气类、电子信息类相关专业本科生、研究生相应课程的教材，而且还可以作为广大从事自动控制人员教学、科研的参考书。 孙优贤，浙江大学控制系，教授、院士，从1965年起，孙优贤院士长期工作在教学科研一线，曾长期担任“自动控制原理”、“控制工程”及“线性系统理论”等本科生及研究生课程的主讲教师，培养了一大批自动化人才。目前参与编著本书的几位作者，都是目前活跃在教学一线的浙江大学控制科学与工程系的教授与副教授，近十年来承担了对浙江大学本科三年级学生及浙大宁波理工学院的三年级学生的授课任务，具有丰富的教学经验，近五年总授课上千学时。从教几十年来，孙优贤院士已经培养了一大批自动化专门人才。除了教学以外，他长期以来主要从事复杂工业过程的建模、控制与优化的研究工作。近年来承担了国家自然科学基金重点项目“复杂工业过程的建模、控制与优化”；负责国家计委的211工程建设项目“综合自动化系统理论与方法”；负责国家重点学科（控制理论与控制工程）建设项目“复杂工程系统的建模、控制与优化”等等。曾获省部级科技进步一等奖3次，二等奖6次，三等奖多次，国家科技进步三等、二等奖各1次。 另外，孙优贤院士是2000年全国优秀博士论文导师，1993年被评为“全国教育系统劳动模范”，1997年被评为“全国优秀科技工作者”，是浙江大学控制科学与工程一级学科的学科带头人。 第一章概述
第一节自动控制系统的基本概念001
第二节自动控制系统的基本结构形式003
一、开环控制系统003
二、闭环控制系统004
三、开环与闭环控制系统的比较005
第三节自动控制系统的分类007
一、按控制系统的结构分类007
二、按系统给定信号的特征分类007
三、按系统传输信号的性质分类008
四、按系统的输入输出信号的数量分类008
五、按系统的数学描述分类009
六、按系统的参数是否随时间变化分类009
第四节对自动控制系统的基本要求010
一、稳定性010
二、瞬态性能010
三、稳态误差010
第五节自动控制理论的发展概况011
一、早期的自动控制系统011
二、经典控制理论011
三、现代控制理论012
四、大系统控制理论与智能控制理论012
第六节本书的主要内容及结构体系013
习题一013
第二章连续时间控制系统的数学模型
第一节列写动态系统的微分方程016
一、几个典型的例子016
二、微分方程模型及相似系统022
三、动态系统建模举例024
第二节状态及状态空间模型027
一、状态空间的基本概念027
二、状态空间模型的建立028
三、关于状态空间模型的说明034
第三节特殊环节的建模及处理035
一、纯滞后035
二、分布参数036
三、积分037
四、高阶038
五、非线性环节的线性化处理039
第四节控制系统中其他环节的数学模型041
一、控制器的数学模型042
二、测量元件的数学模型043
三、执行机构的数学模型044
第五节传递函数与方块图045
一、基本概念045
二、关于传递函数的讨论046
三、系统方块图048
第六节信号流图与梅逊公式057
一、信号流图的基本构成058
二、信号流图的绘制058
三、梅逊增益公式059
第七节各种数学模型间的关系061
一、由微分方程转换为状态方程061
二、由状态空间表达式求传递函数064
三、状态变换和状态变换中特征值的不变性065
四、由传递函数求状态空间表达式067
五、由方块图求系统状态空间表达式071
本章小结072
习题二072
第三章连续时间控制系统的时域分析
第一节概述079
一、概述079
二、典型输入信号079
第二节微分方程的经典求解方法081
一、系统的稳态响应求解081
二、微分方程的暂态响应求解083
三、暂态响应的时间常数085
第三节微分方程的拉氏变换求解方法085
第四节控制系统的性能指标及时域分析088
一、控制系统的时域性能指标088
二、控制系统的时域分析091
第五节高阶系统的暂态响应099
一、高阶系统的阶跃响应099
二、高阶系统的闭环主导极点100
第六节常规控制器及其对系统的影响101
一、常规控制器的控制规律101
二、控制器参数对控制过程的影响103
三、测量滞后对控制过程的影响105
第七节状态方程的求解与分析105
一、线性定常齐次状态方程的解106
二、状态转移矩阵107
三、线性定常状态方程的解111
四、状态空间模型下的系统输出响应113
第八节被控对象的实验建模114
一、常用的实验测试方法115
二、输入测试信号115
三、实验测试数据的处理116
本章小结118
习题三118
第四章连续时间控制系统的稳定性与稳态误差
第一节劳斯稳定判据123
一、稳定性123
二、劳斯判据124
三、劳斯判据的应用129
四、赫尔维茨判据130
第二节反馈控制系统的稳态误差131
一、稳态误差131
二、反馈控制系统的“型”132
三、稳态误差系数136
第三节等效单位负反馈系统140
本章小结140
习题四141
第五章根轨迹分析法
第一节概述143
一、根轨迹概念143
二、闭环零、极点和开环零、极点之间的关系145
三、根轨迹方程146
第二节根轨迹的绘制方法147
第三节广义根轨迹159
一、参数根轨迹160
二、零度根轨迹161
三、纯滞后系统的根轨迹163
第四节基于根轨迹的系统性能分析166
一、开环极点对系统性能的影响166
二、开环零点对系统性能的影响168
三、增益K的选取169
第五节基于根轨迹的系统补偿器设计170
一、超前补偿器的设计170
二、滞后补偿器的设计173
三、PID控制器的设计174
本章小结175
习题五175
第六章频率特性分析法
第一节概述179
第二节频率特性及其图示法181
一、频率特性的定义181
二、频率特性的图示法182
第三节开环系统典型环节分解和频率特性曲线的绘制183
一、开环系统典型环节分解183
二、典型环节的幅相曲线绘制184
三、系统的开环幅相曲线绘制188
四、典型环节Bode图的绘制195
五、开环对数频率特性曲线绘制199
六、由频域实验确定系统传递函数203
第四节奈奎斯特(Nyquist)稳定性判据205
一、Nyquist稳定性判据205
二、Nyquist稳定性判据的应用210
三、稳定裕度212
第五节基于频率响应的补偿器设计215
一、频域指标与时域指标的关系215
二、超前补偿器的设计217
三、滞后补偿器的设计220
本章小结223
习题六223
第七章线性离散时间控制系统分析与综合
第一节采样过程与采样定理227
一、采样过程的数学描述227
二、采样信号的频谱分析229
三、采样定理230
四、采样信号的复现230
第二节Z变换基础232
一、Z变换232
二、Z变换的几个性质234
三、Z反变换234
四、改进Z变换236
五、Z变换的局限性239
第三节线性离散系统的数学描述及求解239
一、差分方程及其求解239
二、脉冲传递函数241
三、离散系统的状态空间模型249
第四节离散系统的分析与设计259
一、离散系统的稳定性259
二、基于z域的分析与设计265
三、基于频率特性的分析与设计269
第五节数字控制系统简介270
一、基于连续系统的分析与设计270
二、基于离散系统的分析与设计272
第六节网络控制系统简介276
本章小结277
习题七277
第八章线性定常系统的状态空间分析法
第一节线性定常连续系统的能控性和能观性283
一、直观理解283
二、能控性定义和能观性定义285
三、能控性判别286
四、能观性判别292
五、对偶原理294
第二节线性定常连续系统的线性变换与结构分解295
一、非奇异线性变换295
二、状态空间的几种标准型式296
三、结构分解298
四、状态空间描述与传递函数描述的关系303
第三节线性定常连续系统的状态反馈控制305
一、状态反馈控制的基本概念305
二、闭环线性系统的能控性与能观性306
三、状态反馈极点配置307
四、状态反馈镇定314
第四节最优控制316
一、最优控制概述316
二、线性系统二次型最优控制问题317
三、状态调节器319
第五节线性定常连续系统的状态观测器321
一、状态观测器321
二、降维状态观测器324
三、状态观测反馈系统（分离定理）326
第六节线性定常离散系统的状态空间分析法328
一、离散系统的能控性328
二、离散系统的能观性329
三、连续系统与离散系统的关联与区别330
四、连续动态系统离散化后的能控性与能观性331
第七节内模控制器设计332
本章小结334
习题八334
第九章非线性系统分析
第一节控制系统中的典型非线性特性339
一、典型非线性特性339
二、非线性控制系统的特殊性341
三、非线性控制系统的分析方法341
第二节相平面法342
一、相平面的基本概念342
二、相轨迹的性质343
三、相轨迹的绘制343
四、二阶线性系统的相轨迹345
五、非线性系统的相轨迹347
六、由相轨迹求时间解347
七、相平面分析348
第三节描述函数法352
一、描述函数的概念352
二、典型非线性特性的描述函数353
三、描述函数分析法357
第四节李雅普诺夫稳定性分析363
一、自治系统及其平衡状态363
二、李雅普诺夫稳定性定义364
三、李雅普诺夫稳定性的间接判别法366
四、李雅普诺夫稳定性的直接判别法368
五、线性连续定常系统的李雅普诺夫稳定性分析371
六、离散系统的李雅普诺夫稳定性分析373
本章小结374
习题九374
附录拉普拉斯变换
参考文献
-
内容简介:
《自动控制原理》（第二版）共分九章。第一章概述自动控制系统的基本概念以及发展的历程；第二章较为全面地描述控制系统各单元的微分方程、传递函数、方块图、状态空间等形式不一的数学模型和模型之间的关系；第三章讨论如何获取控制系统的时域响应和时域性能指标，着重分析二阶系统的特点；第四章说明系统的稳定性与稳态误差；第五章与第六章分别给出根轨迹与频率特性两种图解分析方法；第七章则将连续时间控制系统分析与综合的方法推广应用到线性离散时间控制系统；第八章阐述基于状态空间模型的线性系统理论基础；第九章简单介绍非线性系统的基本概念、相平面分析法与描述函数法的基本知识。本书立足自动控制的基础理论与概念，注意到知识的完整性与系统性。因此，不仅可作为自动化类、电气类、电子信息类相关专业本科生、研究生相应课程的教材，而且还可以作为广大从事自动控制人员教学、科研的参考书。
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作者简介:
孙优贤，浙江大学控制系，教授、院士，从1965年起，孙优贤院士长期工作在教学科研一线，曾长期担任“自动控制原理”、“控制工程”及“线性系统理论”等本科生及研究生课程的主讲教师，培养了一大批自动化人才。目前参与编著本书的几位作者，都是目前活跃在教学一线的浙江大学控制科学与工程系的教授与副教授，近十年来承担了对浙江大学本科三年级学生及浙大宁波理工学院的三年级学生的授课任务，具有丰富的教学经验，近五年总授课上千学时。从教几十年来，孙优贤院士已经培养了一大批自动化专门人才。除了教学以外，他长期以来主要从事复杂工业过程的建模、控制与优化的研究工作。近年来承担了国家自然科学基金重点项目“复杂工业过程的建模、控制与优化”；负责国家计委的211工程建设项目“综合自动化系统理论与方法”；负责国家重点学科（控制理论与控制工程）建设项目“复杂工程系统的建模、控制与优化”等等。曾获省部级科技进步一等奖3次，二等奖6次，三等奖多次，国家科技进步三等、二等奖各1次。 另外，孙优贤院士是2000年全国优秀博士论文导师，1993年被评为“全国教育系统劳动模范”，1997年被评为“全国优秀科技工作者”，是浙江大学控制科学与工程一级学科的学科带头人。
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目录:
第一章概述
第一节自动控制系统的基本概念001
第二节自动控制系统的基本结构形式003
一、开环控制系统003
二、闭环控制系统004
三、开环与闭环控制系统的比较005
第三节自动控制系统的分类007
一、按控制系统的结构分类007
二、按系统给定信号的特征分类007
三、按系统传输信号的性质分类008
四、按系统的输入输出信号的数量分类008
五、按系统的数学描述分类009
六、按系统的参数是否随时间变化分类009
第四节对自动控制系统的基本要求010
一、稳定性010
二、瞬态性能010
三、稳态误差010
第五节自动控制理论的发展概况011
一、早期的自动控制系统011
二、经典控制理论011
三、现代控制理论012
四、大系统控制理论与智能控制理论012
第六节本书的主要内容及结构体系013
习题一013
第二章连续时间控制系统的数学模型
第一节列写动态系统的微分方程016
一、几个典型的例子016
二、微分方程模型及相似系统022
三、动态系统建模举例024
第二节状态及状态空间模型027
一、状态空间的基本概念027
二、状态空间模型的建立028
三、关于状态空间模型的说明034
第三节特殊环节的建模及处理035
一、纯滞后035
二、分布参数036
三、积分037
四、高阶038
五、非线性环节的线性化处理039
第四节控制系统中其他环节的数学模型041
一、控制器的数学模型042
二、测量元件的数学模型043
三、执行机构的数学模型044
第五节传递函数与方块图045
一、基本概念045
二、关于传递函数的讨论046
三、系统方块图048
第六节信号流图与梅逊公式057
一、信号流图的基本构成058
二、信号流图的绘制058
三、梅逊增益公式059
第七节各种数学模型间的关系061
一、由微分方程转换为状态方程061
二、由状态空间表达式求传递函数064
三、状态变换和状态变换中特征值的不变性065
四、由传递函数求状态空间表达式067
五、由方块图求系统状态空间表达式071
本章小结072
习题二072
第三章连续时间控制系统的时域分析
第一节概述079
一、概述079
二、典型输入信号079
第二节微分方程的经典求解方法081
一、系统的稳态响应求解081
二、微分方程的暂态响应求解083
三、暂态响应的时间常数085
第三节微分方程的拉氏变换求解方法085
第四节控制系统的性能指标及时域分析088
一、控制系统的时域性能指标088
二、控制系统的时域分析091
第五节高阶系统的暂态响应099
一、高阶系统的阶跃响应099
二、高阶系统的闭环主导极点100
第六节常规控制器及其对系统的影响101
一、常规控制器的控制规律101
二、控制器参数对控制过程的影响103
三、测量滞后对控制过程的影响105
第七节状态方程的求解与分析105
一、线性定常齐次状态方程的解106
二、状态转移矩阵107
三、线性定常状态方程的解111
四、状态空间模型下的系统输出响应113
第八节被控对象的实验建模114
一、常用的实验测试方法115
二、输入测试信号115
三、实验测试数据的处理116
本章小结118
习题三118
第四章连续时间控制系统的稳定性与稳态误差
第一节劳斯稳定判据123
一、稳定性123
二、劳斯判据124
三、劳斯判据的应用129
四、赫尔维茨判据130
第二节反馈控制系统的稳态误差131
一、稳态误差131
二、反馈控制系统的“型”132
三、稳态误差系数136
第三节等效单位负反馈系统140
本章小结140
习题四141
第五章根轨迹分析法
第一节概述143
一、根轨迹概念143
二、闭环零、极点和开环零、极点之间的关系145
三、根轨迹方程146
第二节根轨迹的绘制方法147
第三节广义根轨迹159
一、参数根轨迹160
二、零度根轨迹161
三、纯滞后系统的根轨迹163
第四节基于根轨迹的系统性能分析166
一、开环极点对系统性能的影响166
二、开环零点对系统性能的影响168
三、增益K的选取169
第五节基于根轨迹的系统补偿器设计170
一、超前补偿器的设计170
二、滞后补偿器的设计173
三、PID控制器的设计174
本章小结175
习题五175
第六章频率特性分析法
第一节概述179
第二节频率特性及其图示法181
一、频率特性的定义181
二、频率特性的图示法182
第三节开环系统典型环节分解和频率特性曲线的绘制183
一、开环系统典型环节分解183
二、典型环节的幅相曲线绘制184
三、系统的开环幅相曲线绘制188
四、典型环节Bode图的绘制195
五、开环对数频率特性曲线绘制199
六、由频域实验确定系统传递函数203
第四节奈奎斯特(Nyquist)稳定性判据205
一、Nyquist稳定性判据205
二、Nyquist稳定性判据的应用210
三、稳定裕度212
第五节基于频率响应的补偿器设计215
一、频域指标与时域指标的关系215
二、超前补偿器的设计217
三、滞后补偿器的设计220
本章小结223
习题六223
第七章线性离散时间控制系统分析与综合
第一节采样过程与采样定理227
一、采样过程的数学描述227
二、采样信号的频谱分析229
三、采样定理230
四、采样信号的复现230
第二节Z变换基础232
一、Z变换232
二、Z变换的几个性质234
三、Z反变换234
四、改进Z变换236
五、Z变换的局限性239
第三节线性离散系统的数学描述及求解239
一、差分方程及其求解239
二、脉冲传递函数241
三、离散系统的状态空间模型249
第四节离散系统的分析与设计259
一、离散系统的稳定性259
二、基于z域的分析与设计265
三、基于频率特性的分析与设计269
第五节数字控制系统简介270
一、基于连续系统的分析与设计270
二、基于离散系统的分析与设计272
第六节网络控制系统简介276
本章小结277
习题七277
第八章线性定常系统的状态空间分析法
第一节线性定常连续系统的能控性和能观性283
一、直观理解283
二、能控性定义和能观性定义285
三、能控性判别286
四、能观性判别292
五、对偶原理294
第二节线性定常连续系统的线性变换与结构分解295
一、非奇异线性变换295
二、状态空间的几种标准型式296
三、结构分解298
四、状态空间描述与传递函数描述的关系303
第三节线性定常连续系统的状态反馈控制305
一、状态反馈控制的基本概念305
二、闭环线性系统的能控性与能观性306
三、状态反馈极点配置307
四、状态反馈镇定314
第四节最优控制316
一、最优控制概述316
二、线性系统二次型最优控制问题317
三、状态调节器319
第五节线性定常连续系统的状态观测器321
一、状态观测器321
二、降维状态观测器324
三、状态观测反馈系统（分离定理）326
第六节线性定常离散系统的状态空间分析法328
一、离散系统的能控性328
二、离散系统的能观性329
三、连续系统与离散系统的关联与区别330
四、连续动态系统离散化后的能控性与能观性331
第七节内模控制器设计332
本章小结334
习题八334
第九章非线性系统分析
第一节控制系统中的典型非线性特性339
一、典型非线性特性339
二、非线性控制系统的特殊性341
三、非线性控制系统的分析方法341
第二节相平面法342
一、相平面的基本概念342
二、相轨迹的性质343
三、相轨迹的绘制343
四、二阶线性系统的相轨迹345
五、非线性系统的相轨迹347
六、由相轨迹求时间解347
七、相平面分析348
第三节描述函数法352
一、描述函数的概念352
二、典型非线性特性的描述函数353
三、描述函数分析法357
第四节李雅普诺夫稳定性分析363
一、自治系统及其平衡状态363
二、李雅普诺夫稳定性定义364
三、李雅普诺夫稳定性的间接判别法366
四、李雅普诺夫稳定性的直接判别法368
五、线性连续定常系统的李雅普诺夫稳定性分析371
六、离散系统的李雅普诺夫稳定性分析373
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