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第1章 反馈控制纵览及简单历史回顾1

1.1 简单的反馈系统2

1.2 反馈的分析5

1.3 历史简介8

1.4 全书概述13

小结14

复习题14

习题15

第2章 动态模型17

2.1 机械系统动力学18

2.2 电路模型27

2.3 电机系统模型30

2.4 热和流体流动模型34

2.4.1 热流34

2.4.2 不可压缩流体的流动37

2.5 复杂机械系统42

2.5.1 平移和旋转系统42

2.5.2 分布参数系统45

小结46

复习题47

习题47

第3章 动态响应56

3.1 拉普拉斯变换回顾57

3.1.1 卷积响应57

3.1.2 传递函数与频率响应59

3.1.3 拉普拉斯变换63

3.1.4 拉普拉斯变换的性质65

3.1.5 部分分式求拉普拉斯反变换67

3.1.6 终值定理68

3.1.7 应用拉普拉斯变换解决问题70

3.1.8 极点和零点71

3.1.9 用MATLAB分析线性系统72

3.2 系统模型图76

3.2.1 框图76

3.2.2 利用MATLAB进行框图化简79

3.3 极点配置的影响80

3.4 时域特性86

3.4.1 上升时间87

3.4.2 超调量和峰值时间87

3.4.3 调节时间88

3.5 零点和附加极点的影响90

3.6 幅值变换与时间变换95

3.6.1 幅值变换95

3.6.2 时间变换96

3.7 稳定性97

3.7.1 线性时不变系统的稳定性97

3.7.2 劳斯稳定判据98

3.8 由实验数据建立模型104

3.9 梅森公式与信号流图105

小结109

复习题110

习题111

第4章 反馈的基本特点125

4.1 控制的基本方程126

4.1.1 瓦特问题：干扰抑制128

4.1.2 布莱克问题：系统增益对参数变化的灵敏度130

4.1.3 传感器的噪声引起的矛盾131

4.1.4 雷达问题：跟随一个变化的参考信号132

4.2 稳态误差的控制：系统类型133

4.2.1 参考输入作用下的系统类型：单位反馈的情形133

4.2.2 参考输入作用下的系统类型：一般情形136

4.2.3 干扰输入作用下的系统类型138

4.3 动态误差的控制：PID控制141

4.3.1 比例控制（P）141

4.3.2 比例加积分控制（PI）141

4.3.3 比例积分微分控制（PID）142

4.4 基本反馈概念的扩展144

4.4.1 控制器的数字实现144

4.4.2 PID控制器参数的Z-N整定法150

4.4.3 误差常数的Truxal公式154

4.4.4 时间响应对参数变化的灵敏度155

小结159

复习题160

习题160

第5章 根轨迹法175

5.1 基本反馈系统的根轨迹176

5.2 绘制根轨迹的指导原则180

5.2.1 绘制正（180°）根轨迹规则182

5.2.2 绘制根轨迹规则总结189

5.3 根轨迹应用举例190

5.4 选取参数值201

5.5 运用动态补偿进行设计203

5.5.1 超前补偿204

5.5.2 滞后补偿209

5.5.3 超前滞后补偿210

5.5.4 模拟和数字补偿的实现211

5.6 根轨迹法设计实例213

5.7 扩展根轨迹法218

5.7.1 绘制负（0°）根轨迹规则219

5.7.2 考虑两个参数的情况221

5.7.3 时间延迟223

小结225

复习题227

习题227

第6章 频率响应设计法242

6.1 频率响应243

6.1.1 伯德图法248

6.1.2 稳态误差258

6.2 临界稳定259

6.3 奈奎斯特稳定性判据261

6.3.1 幅角原理261

6.3.2 在控制设计中的应用262

6.4 稳定裕度270

6.5 伯德增益—相位关系276

6.6 闭环频率响应280

6.7 补偿环节281

6.7.1 PD补偿282

6.7.2 超前补偿282

6.7.3 PI补偿291

6.7.4 滞后补偿292

6.7.5 PID补偿296

6.7.6 设计的考虑因素299

6.8 频率特性的其他图示方法301

6.8.1 尼科尔斯图301

6.8.2 逆奈奎斯特图304

6.9 根据灵敏度函数定义的性能指标305

6.10 时滞环节312

小结314

复习题316

习题316

第7章 状态空间设计335

7.1 状态空间设计法的优点336

7.2 状态空间中的系统描述337

7.3 框图和状态空间342

7.4 状态方程的分析345

7.4.1 框图与标准型345

7.4.2 从状态方程求解动态响应355

7.5 全状态反馈的控制规律设计360

7.5.1 寻找控制规律361

7.5.2 引入全状态反馈的参考输入368

7.6 优良设计的极点位置的选择371

7.6.1 主导二阶极点372

7.6.2 对称根轨迹法（SRL）373

7.6.3 几种方法的评论380

7.7 估计器设计380

7.7.1 全阶估计器381

7.7.2 降阶估计器386

7.7.3 估计器极点的选择388

7.8 补偿器设计：结合控制规律和估计器391

7.9 对含估计器的系统引入参考输入401

7.9.1 引入参考输入的一般结构403

7.9.2 选择增益410

7.10 积分控制和鲁棒跟踪411

7.10.1 积分控制411

7.10.2 鲁棒跟踪控制：误差空间法414

7.10.3 扩展估计器421

7.11 回路传递恢复（LTR）424

7.12 有理传递函数的直接设计428

7.13 含纯滞后时间的系统设计431

小结435

复习题436

习题438

第8章 数字控制455

8.1 数字化456

8.2 离散系统的动态分析458

8.2.1 z变换458

8.2.2 z逆变换459

8.2.3 s与z的关系461

8.2.4 终值定理462

8.3 仿真设计464

8.3.1 零极点匹配法467

8.3.2 修正的零极点匹配法469

8.3.3 几种数字逼近法的比较470

8.3.4 仿真设计法的应用范围471

8.4 硬件特征471

8.4.1 模数（A/D）转换器472

8.4.2 数模（D/A）转换器472

8.4.3 抗混叠预滤器472

8.4.4 计算机473

8.5 采样速率的选择474

8.5.1 跟踪效率475

8.5.2 抑制扰动475

8.5.3 抗混叠预滤器的影响476

8.5.4 异步采样477

8.6 离散设计477

8.6.1 分析工具477

8.6.2 反馈特性479

8.6.3 离散设计举例479

8.6.4 设计的离散分析481

8.7 状态空间设计方法483

小结488

复习题490

习题490

第9章 非线性系统499

9.1 引言和动机：为什么学习非线性系统500

9.2 线性化分析501

9.2.1 小信号分析的线性化502

9.2.2 通过非线性反馈进行线性化505

9.2.3 通过反向非线性进行线性化506

9.3 用根轨迹法进行等效增益分析507

9.4 用频率响应分析等效增益：描述函数515

9.5 基于稳定性的分析和设计524

9.5.1 相平面524

9.5.2 李雅普诺夫稳定性分析529

9.5.3 圆判据535

小结540

复习题540

习题541

第10章 控制系统设计：原理与实例研究548

10.1 控制系统设计概述548

10.2 卫星姿态控制设计553

10.3 波音747飞机的侧面和纵向控制565

10.3.1 偏移阻尼器570

10.3.2 姿态保持自动导航仪576

10.4 汽车引擎的油—气比控制581

10.5 硬盘的读／写磁头组件控制587

10.6 半导体晶片制造中的快速热处理器控制系统593

小结604

复习题605

习题606

附录A 拉普拉斯变换615

附录B 复变量回顾627

附录C 矩阵理论概述635

附录D 能控性和能观性643

附录E 极点配置的阿克曼公式649

附录F MATLAB命令652

附录G 章末复习题答案654

参考文献666