全面系統(tǒng)地介紹了自動控制理論經(jīng)典部分的基本分析、設計方法及應用,重點加強了對基本理論及其工程應用的闡述。書中深入淺出地介紹了自動控制的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型;比較全面地闡述了線性系統(tǒng)的時域分析法、根軌跡法、頻域分析法及校正與設計等;探討了相平面和描述函數(shù)法等非線性系統(tǒng)的基本分析法;詳細討論了線性離散系統(tǒng)的基礎理論、數(shù)學模型、分析及數(shù)字校正等問題,并以船舶航向控制系統(tǒng)、船舶橫搖減搖鰭控制系統(tǒng)、船載穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)為主要研究對象貫穿全書。
本教材的特色體現(xiàn)在以下幾個方面:1. 內容取材新穎,凸顯鮮明的船海特色結合船海領域的工程特點,以船舶航向控制系統(tǒng)為例探討了恒值控制系統(tǒng)的性能分析與設計;以船舶橫搖減搖鰭控制系統(tǒng)為例闡述了控制系統(tǒng)的抗隨機干擾性能的分析與設計;以船載穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)為例研究了隨機信號輸入下隨動系統(tǒng)的分析與設計。并分別對上述三個應用實例系統(tǒng)進行了數(shù)學建模、分析與設計及MATLAB仿真,內容新穎,特色鮮明。2.層次化工程實例循序漸進,強化基本理論與工程實踐的聯(lián)系在對控制系統(tǒng)建模、分析與設計等基本理論進行清晰闡釋的同時,突出自動控制理論的工程背景,強化基本理論與工程實踐的聯(lián)系。每章配備三個層次的實際工程實例。層次,常見控制系統(tǒng)的工程實例夯實學生的理論基礎;第二層次,實際復雜控制系統(tǒng)的工程實例引領學生掌握控制系統(tǒng)的分析與設計詳細過程;第三層次,船舶與海洋工程裝置系統(tǒng)的研究實例探討了非典型輸入信號下復雜系統(tǒng)的建模、分析與設計等基本方法。3. 理論闡述深入淺出,邏輯性強理論闡述深入淺出,利用淺顯的文字敘述來加深讀者對理論的理解;突出邏輯性,加強對線性系統(tǒng)時域分析法、根軌跡分析法以及頻域分析法之間聯(lián)系的論述,使學生形成對自動控制理論的整體認識。4.配備立體化的學生自學與自我反饋資源體系基本例題、實際工程實例以及多層次不同用途的課后習題構建出立體化的學生自學與自我反饋資源體系。
自動控制技術已廣泛地應用于工業(yè)、農業(yè)、交通運輸和國防建設的各個領城。自動控制技術以自動控制理論為基礎,在科學技術現(xiàn)代化的發(fā)展與創(chuàng)新過程中,正在發(fā)揮著越來越重要的作用。尤其是在工業(yè)化、信息化兩化融合中,扮演著越來越重要的角色。20世紀50年代發(fā)展起來以傳遞函數(shù)為核心的經(jīng)典控制理論,至今仍被成功地應用于控制工程領城。 自動控制原理是自動化學科的重要理論基礎,是專門研究有關自動控制系統(tǒng)中基本概念、基本原理和基本方法的一門課程,是高等學校自動化類專業(yè)的一門核心基礎理論課程。本書是作者在多年講授自動控制原理"課程講義的基礎上,經(jīng)不斷修改和完善,并結合從事多年自動控制領域的科研成果而完成的。內容涉及自動控制的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、線性系統(tǒng)的時城分析法、線性系統(tǒng)的根軌跡法、線性系統(tǒng)的頻域分析法、線性系統(tǒng)的校正設計、非線性控制系統(tǒng)分析以及線性離散系統(tǒng)的分析與校正等。 本書以船海工程領域為背景,以教育部自動化特色專業(yè)、教育部工程研究中心船舶控制研究中心為平臺,以省級教學名師牽頭,以省級優(yōu)秀教學團隊骨干成員為核心進行編寫。從基本概念、基本分析方法人手,結合工程和生活中的實例,并將作者部分科研成果引入教學內容,寫入本書,豐富學生的知識結構,使學生所學知識具有前沿性、創(chuàng)新性和學術性,從而縮短了理論和實踐的距離。全書共分8章。 本書面向自動化、電氣工程及其自動化、探測制導與控制技術、測控技術與儀器、機械設計制造及其自動化、船舶與海洋工程、通信工程、計算機科學與技術、電子信息工程以及相關專業(yè)本科生,適于作為開設"自動控制原理"課程的教材。在全面系統(tǒng)地介紹自動控制理論經(jīng)典部分的基本分析、設計方法及應用基礎上,本書配備了多層次的自動控制系統(tǒng)工程實例。并以船舶航向控制系統(tǒng)、船舶橫搖減搖鰭控制系統(tǒng)、船載穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)、機械臂控制系統(tǒng)為主要研究對象貫穿全書。 本書的特點體現(xiàn)在以下幾個方面: (1)內容取材新穎,面向新工科,凸顯鮮明的船海工程特色。 以船舶航向控制系統(tǒng)為例探討了恒值控制系統(tǒng)的性能分析與設計,以船舶橫搖減搖鰭控制系統(tǒng)為例闡述了控制系統(tǒng)的抗隨機干擾性能的分析與設計,以船載穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)為例研究了隨機信號輸入下隨動系統(tǒng)的分析與設計,面向新工科以機械臂控制系統(tǒng)為例闡述針對復雜系統(tǒng)的建模與分析設計問題。教材內容新穎,特色鮮明。(2)層次化工程實例循序漸進,強化基本理論與工程實踐的聯(lián)系。 在對控制系統(tǒng)建模、分析與設計等基本理論進行清晰闡釋的同時,突出自動控制理論的工程背景,強化基本理論與工程實踐的聯(lián)系。每章配備兩個層次的實際工程實例。層次,常見控制系統(tǒng)的工程實例,夯實學生的理論基礎,引領學生掌握控制系統(tǒng)的分析與設計的詳細過程;第二層次,船舶與海洋工程裝置系統(tǒng)的研究實例,探討了非典型輸人信號下復雜系統(tǒng)的建模、分析與設計等基本方法。(3)理論闡述深人淺出,邏輯性強。 加強了基本理論和基本概念的闡述,增加了通用性的內容,理論闡述深入淺出,利用通俗易懂的敘述加深讀者對理論的理解:突出邏輯性,加強對線性系統(tǒng)時域分析法、根軌跡分析法以及頻域分析法之間聯(lián)系的論述,使學生形成對自動控制理論的整體認識:完整地給出了勞斯穩(wěn)定判據(jù)和赫爾維茨穩(wěn)定判據(jù)的證明過程。(4)配備立體化的學生自學與自我反饋資源體系。 設計了基本例題、實際工程實例以及多層次不同用途的課后習題,力求由淺人深、循序漸進和突出重點,構建出立體化的學生自學與自我反饋資源體系,同時給學生自學留有充分的空間,也為進一步激發(fā)和調動學生的潛能和積極性創(chuàng)造了條件。配套習題集除了有傳統(tǒng)習題的解題過程外,還有以下特點:解題思路,闡述習題的解題過程及其邏輯推理:解題過程,概念清晰、步驟完整、數(shù)據(jù)準確、附圖齊全:把解題思路、解題過程串起來,做到融會貫通:給出教材課后習題的答案,在解題思路和解題過程上進行精練分析和引導,鞏固所學,達到舉一反三的效果。
劉勝,男,博士生導師,1996年任哈爾濱工程大學教務處處長,2004年任自動化學院院長,2011年-2015年任自動化學院黨委書記,現(xiàn)任自動化學院自動化工程研究所所長,享受國務院政府特殊津貼。省教學團隊負責人,教育部特色專業(yè)自動化專業(yè)負責人,教育部船舶控制工程工程研究中心主任。中國自動化學會理事,中國造船學會儀器儀表學委會副主任,國防科技工業(yè)511人才工程學術帶頭人,省教學團隊自動控制理論與系統(tǒng)負責人,教育部船舶控制工程工程研究中心主任。黑龍江省教育工作者,黑龍江省高等學校教學名師,黑龍江省研究生導師,黑龍江省碩士學位論文指導教師,教育部卓越工程師培訓計劃自動化專業(yè)負責人!豆枮I工程大學學報》副主任委員,《智能系統(tǒng)學報》編委,《電機與控制學報》編委。 指導博士研究生60余名,其中45名已畢業(yè),并獲工學博士學位;指導碩士研究生100余名,其中80余名已畢業(yè),并獲工學碩士學位;指導150余名本科生畢業(yè)論文并獲得工學學士學位。 主持并完成省部級科研項目和教改立項多項,獲得省部級科技獎8項。省部級教學成果獎9項,撰寫專著4部,發(fā)表學術論文200余篇,獲得授權發(fā)明專利50余項。
緒論
1.1 自動控制系統(tǒng)基本原理
1.2 自動控制系統(tǒng)基本組成
1.3 反饋的含義及作用
1.4 自動控制系統(tǒng)應用舉例
1.5 自動控制系統(tǒng)類型
1.6 對自動控制系統(tǒng)的基本要求
1.7 控制系統(tǒng)的分析與設計
1.8 自動控制理論發(fā)展概況
習題1
2 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
2.1 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型概述
2.2 控制系統(tǒng)的時域數(shù)學模型
2.3 控制系統(tǒng)的復域數(shù)學模型
2.4 控制系統(tǒng)的結構圖和信號流圖
2.5 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)
2.6 控制系統(tǒng)建模實例
習題2
3 線性系統(tǒng)的時域分析法
3.1 系統(tǒng)時間響應的性能指標
3.2 一階系統(tǒng)的時域分析
3.3 二階系統(tǒng)的時城分析
3.4 高階系統(tǒng)的時域分析
3.5 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
3.6 線性系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差計算
3.7 控制系統(tǒng)的時域分析實例
習題3
4 線性系統(tǒng)的根軌跡法
4.1 根軌跡的基本概念
4.2 根軌跡的概略繪制
4.3 系統(tǒng)性能的根軌跡法分析
4.4 控制系統(tǒng)的根軌跡法分析實例
習題4
5 線性系統(tǒng)的頻域分析法
5.1 頻率特性
5.2 典型環(huán)節(jié)與開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性
5.3 頻率域穩(wěn)定性分析
5.4 閉環(huán)系統(tǒng)的頻域性能指標
5.5 控制系統(tǒng)的頻域分析實例
習題5
6 線性系統(tǒng)的校正設計
6.1 系統(tǒng)設計與校正的基本問題
6.2 分析法校正
6.3 根軌跡法校正
6.4 綜合法校正
6.5 復合校正
6.6 控制系統(tǒng)校正設計實例
習題6
7 非線性控制系統(tǒng)分析
7.1 非線性控制系統(tǒng)概述
7.2 描述函數(shù)法
7.3 相平面法
7.4 利用非線性特性改善控制系統(tǒng)性能
7.5 非線性控制系統(tǒng)分析實例
習題7
8 線性離散控制系統(tǒng)的分析與校正
8.1 引言
8.2 信號的采樣與保持
8.3 線性離散控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
8.4 線性離散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
8.5 線性離散控制系統(tǒng)的時間響應
8.6 線性離散控制系統(tǒng)的數(shù)字校正
8.7 線性離散控制系統(tǒng)的分析與設計實例
習題8
參老文獻