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第1章 绪论1

1．1 自动控制系统的基本原理1

1．1．1 控制系统举例1

1．1．2 反馈控制系统的构成4

1．2 自动控制系统的分类5

1．2．1 按控制系统有无反馈来分5

1．2．2 按控制作用的特点来分6

1．3 控制理论发展简史6

1．4 本课程的教学方法7

习题8

第2章 控制系统的数学模型10

2．1 控制系统的微分方程10

2．1．1 线性系统与非线性系统10

2．1．2 线性系统微分方程的列写11

2．1．3 系统非线性微分方程的线性化12

2．2 传递函数15

2．2．1 传递函数的定义15

2．2．2 传递函数的主要特点15

2．3 系统的方框图及其联接16

2．3．1 控制系统的基本联接方式16

2．3．2 扰动作用下的闭环控制系统18

2．3．3 方框图的绘制18

2．3．4 方框图的变换19

2．3．5 方框图的简化20

2．4 典型环节的传递函数21

本章小结30

习题31

第3章 时间响应分析33

3．1 时间响应的基本概念33

3．1．1 概念33

3．1．2 时间响应的组成34

3．1．3 典型输入信号34

3．2 一阶系统的时间响应37

3．2．1 一阶系统的单位阶跃响应37

3．2．2 一阶系统的单位脉冲响应39

3．2．3 一阶系统的单位斜坡响应39

3．2．4 线性定常系统时间响应的性质39

3．3 二阶系统的时间响应40

3．3．1 二阶系统的单位阶跃响应42

3．3．2 二阶系统的单位脉冲响应45

3．4 瞬态响应的性能指标46

3．5 误差分析与计算51

3．5．1 基本概念51

3．5．2 稳态误差的计算53

3．5．3 输入信号作用下的稳态误差与系统的关系54

3．5．4 干扰引起的稳态误差和系统的总误差56

本章小结57

习题58

第4章 频率特性分析61

4．1 频率特性的基本概念61

4．1．1 频率响应和频率特性61

4．1．2 频率特性的求取方法62

4．2 频率特性的图示法62

4．2．1 频率特性的极坐标图62

4．2．2 频率特性的对数坐标图62

4．3 典型环节的频率特性63

4．3．1 比例环节63

4．3．2 惯性环节64

4．3．3 积分环节66

4．3．4 微分环节67

4．3．5 振荡环节67

4．3．6 延迟环节70

4．3．7 一阶超前环节71

4．3．8 二阶微分环节72

4．4 系统的频率特性72

4．4．1 系统的开环Bode图的绘制72

4．4．2 系统开环Nyquist图的绘制74

4．5 最小相位系统75

4．5．1 最小相位系统的定义75

4．5．2 最小相位系统的特点75

4．6 频域性能指标76

4．6．1 闭环频率特性76

4．6．2 频率特性的特征量77

4．6．3 二阶系统的频域性能指标77

4．7 频率实验法估计系统的数学模型78

4．7．1 频率实验法一般步骤78

4．7．2 举例78

本章小结80

习题81

第5章 系统的稳定性82

5．1 系统稳定的条件82

5．1．1 稳定性的概念82

5．1．2 系统稳定的充要条件83

5．2 Routh-Hurwitz稳定判据84

5．2．1 Hurwitz稳定判据84

5．2．2 Routh稳定判据86

5．2．3 特殊情况87

5．3 奈奎斯特稳定判据89

5．3．1 理论基础89

5．3．2 Nyquist稳定判据93

5．3．3 应用举例94

5．4 稳定性裕量102

5．4．1 相位裕量103

5．4．2 幅值裕量103

5．4．3 几点说明104

本章小结105

习题106

第6章 系统的综合与校正109

6．1 概述109

6．1．1 控制系统的性能指标109

6．1．2 控制系统的校正111

6．1．3 设计准则112

6．2 串联校正113

6．2．1 相位超前校正113

6．2．2 相位滞后校正114

6．2．3 相位滞后—超前校正115

6．3 PID控制器116

6．3．1 PD控制器116

6．3．2 PI控制器121

6．3．3 PID控制器126

6．4 反馈和顺馈校正129

6．4．1 利用反馈校正改变局部结构、参数130

6．4．2 利用反馈校正取代局部结构131

6．4．3 顺馈校正131

本章小结132

习题132

第7章 采样控制系统137

7．1 概述137

7．2 采样过程及采样定理138

7．2．1 采样过程138

7．2．2 采样定理140

7．3 保持器142

7．3．1 信号的恢复142

7．3．2 零阶保持器142

7．3．3 一阶保持器143

7．4 采样系统的数学模型145

7．4．1 差分方程145

7．4．2 脉冲传递函数147

7．5 采样系统的稳定性分析155

7．5．1 采样系统稳定的条件155

7．5．2 代数判据155

7．5．3 采样系统的稳态误差158

7．5．4 采样系统的动态性能分析160

7．5．5 采样系统的校正165

本章小结169

习题170

第8章 控制系统的MATLAB分析与设计174

8．1 MATLAB简介174

8．1．1 引言174

8．1．2 表达式及变量175

8．1．3 矩阵178

8．1．4 绘图185

8．2 SISO系统的数学描述188

8．2．1 传递函数188

8．2．2 控制系统的零极点模型190

8．2．3 传递函数的特征根及零极点图191

8．2．4 控制系统的方框图模型192

8．3 SISO系统的MATLAB分析195

8．3．1 控制系统的时域响应195

8．3．2 控制系统的频域响应200

8．3．3 控制系统的稳定性203

8．4 SISO系统的MATLAB设计207

8．4．1 相位超前校正207

8．4．2 相位滞后校正210

8．4．3 相位滞后—超前校正213

8．4．4 PID校正215

8．5 采样控制系统设计218

本章小结220

习题221

附录A 拉普拉斯变换223

A．1 拉普拉斯变换223

A．1．1 拉普拉斯变换的定义223

A．1．2 典型时间函数的拉氏变换223

A．2 拉普拉斯变换定理226

A．2．1 线性定理226

A．2．2 平移定理226

A．2．3 微分定理227

A．2．4 积分定理228

A．2．5 终值定理229

A．2．6 初值定理230

A．2．7 卷积定理230

A．3 拉普拉斯反变换231

A．3．1 拉普拉斯反变换231

A．3．2 部分分式展开法231

附录B z变换235

B．1 z变换的定义235

B．2 z变换法236

B．2．1 级数求和法236

B．2．2 部分分式法237

B．3 z变换的基本定理238

B．3．1 线性定理238

B．3．2 实数位移定理238

B．3．3 复数位移定理239

B．3．4 初值定理239

B．3．5 终值定理239

B．3．6 卷积定理239

B．4 z反变换240

B．4．1 部分分式法240

B．4．2 幂级数法241

B．4．3 留数法242

参考文献244