本书系统地介绍了自动控制系统的设计原理及实现方法，旨在使读者理解自动控制系统分类、数学模型及性能指标等基本理论，掌握PID控制、频率法校正、参考模型校正、极点配置、状态观测器及二次型最优控制等经典控制器的原理与设计方法，为培养学生的科学实验和工程实践能力奠定基础。为了便于学生理解掌握，本书根据作者多年的教学实践经验，结合实际案例对自动控制系统的设计与实现进行详细阐述，力争将理论知识与实践结合，引导学生提升知识应用能力，提高分析、解决问题的能力。
样章试读
目录
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前言
第1章 绪论 1
1.1 自动控制系统的基础结构 2
1.2 自动控制系统的分类 4
1.2.1 开环控制系统和闭环控制系统 4
1.2.2 恒值控制系统和随动控制系统 4
1.2.3 线性控制系统和非线性控制系统 5
1.2.4 定常控制系统和时变控制系统 6
1.2.5 连续控制系统和离散控制系统 6
1.2.6 单输入单输出控制系统和多输入多输出控制系统 7
1.3 自动控制系统的数学模型 7
1.3.1 自动控制系统的微分方程 8
1.3.2 自动控制系统的传递函数 11
1.3.3 自动控制系统的状态空间方程 21
1.4 自动控制系统的性能指标 26
1.4.1 自动控制系统的基本性能指标 26
1.4.2 自动控制系统的典型输入信号 27
1.4.3 自动控制系统的时域性能指标 30
1.4.4 一阶自动控制系统的时域响应 32
1.4.5 二阶自动控制系统的时域响应 35
1.5 自动控制系统的设计方法 41
1.6 本章小结 43
1.7 课后习题 43
第2章 PID控制器设计与实现 45
2.1 PID控制器基本原理 46
2.1.1 PID控制器组成 46
2.1.2 PID控制器控制规律 49
2.2 PID控制器设计 54
2.2.1 PID控制器结构设计 54
2.2.2 PID控制器参数整定 55
2.3 PID控制系统设计范例 59
2.3.1 二阶系统PID控制系统设计范例 59
2.3.2 单级倒立摆PID控制系统设计范例 62
2.3.3 单容水箱 PID控制系统设计范例 66
2.3.4 城市污水处理过程溶解氧浓度 PID控制系统设计范例 71
2.4 本章小结 75
2.5 课后习题 75
2.6 程序附录 76
第3章 超前滞后校正控制系统设计与实现 78
3.1 超前滞后校正原理 79
3.1.1 超前校正法原理 79
3.1.2 滞后校正法原理 81
3.1.3 超前滞后校正法原理 83
3.2 超前滞后校正控制系统设计 84
3.2.1 超前校正法设计 84
3.2.2 滞后校正法设计 87
3.2.3 超前滞后校正法设计 89
3.3 超前校正控制系统设计范例 92
3.3.1 二阶系统超前校正控制系统设计范例 92
3.3.2 单级倒立摆超前校正控制系统设计范例 96
3.3.3 单容水箱超前校正控制系统设计范例 99
3.3.4 城市污水处理过程溶解氧浓度超前校正控制系统设计范例 103
3.4 本章小结 107
3.5 课后习题 108
3.6 程序附录 110
第4章 参考模型校正控制系统设计与实现 115
4.1 参考模型校正控制系统原理 116
4.1.1 二阶参考模型校正原理 117
4.1.2 四阶参考模型校正原理 119
4.2 参考模型校正控制系统设计 121
4.2.1 二阶参考模型校正控制系统设计 121
4.2.2 四阶参考模型校正控制系统设计 123
4.3 参考模型校正控制系统设计范例 130
4.3.1 二阶参考模型校正控制系统设计范例 130
4.3.2 四阶参考模型校正控制系统设计范例 134
4.3.3 单级倒立摆参考模型校正控制系统设计范例 138
4.3.4 单容水箱参考模型校正控制系统设计范例 141
4.3.5 城市污水处理过程溶解氧浓度参考模型校正控制系统设计范例 144
4.4 本章小结 146
4.5 课后习题 146
4.6 程序附录 148
第5章 极点配置控制系统设计与实现 154
5.1 极点配置控制系统原理 155
5.1.1 状态反馈极点配置控制系统原理 156
5.1.2 输出反馈极点配置控制系统原理 157
5.2 极点配置控制系统设计 158
5.2.1 单输入单输出极点配置控制系统设计 158
5.2.2 多输入多输出极点配置控制系统设计 159
5.3 极点配置控制系统设计范例 163
5.3.1 二阶系统极点配置控制系统设计范例 163
5.3.2 单级倒立摆极点配置控制系统设计范例 166
5.3.3 单容水箱极点配置控制系统设计范例 171
5.3.4 城市污水处理过程溶解氧浓度极点配置控制系统设计范例 174
5.4 本章小结 177
5.5 课后习题 177
5.6 程序附录 178
第6章 带状态观测器的控制系统设计与实现 183
6.1 状态观测器原理 184
6.1.1 全维状态观测器原理 184
6.1.2 降维状态观测器原理 186
6.2 状态观测器设计 188
6.2.1 全维状态观测器设计 188
6.2.2 降维状态观测器设计 191
6.3 带状态观测器的控制系统设计范例 193
6.3.1 带状态观测器的二阶系统设计范例 193
6.3.2 带状态观测器的单级倒立摆控制系统设计范例 196
6.3.3 带状态观测器的单容水箱控制系统设计范例 199
6.3.4 带状态观测器的城市污水处理过程溶解氧浓度控制系统设计范例 201
6.4 本章小结 205
6.5 课后习题 205
6.6 程序附录 207
第7章 线性二次型最优控制器的设计与实现 213
7.1 线性二次型最优控制器原理 214
7.1.1 性能指标的物理意义 214
7.1.2 加权矩阵的选择方法 217
7.1.3 二次型最优控制器的分类 218
7.2 线性二次型最优控制器设计 219
7.2.1 有限时间LQ问题的最优解 219
7.2.2 无限时间LQ问题的最优解 225
7.3 线性二次型最优控制器设计范例 230
7.3.1 二阶系统线性二次型最优控制器设计范例 230
7.3.2 单级倒立摆线性二次型最优控制器设计范例 234
7.3.3 单容水箱线性二次型最优控制器设计范例 236
7.3.4 城市污水处理过程溶解氧浓度线性二次型最优控制器设计范例 238
7.4 本章小结 240
7.5 课后习题 240
7.6 程序附录 242
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