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第1章 自动控制的基本概念1

自动控制系统1

自动控制系统的类型5

开环、闭环与复合控制系统5

线性系统与非线性系统6

连续系统与离散系统7

定常系统与时变系统8

SISO系统和MIMO系统9

集中参数系统与分布参数系统9

对控制系统性能的基本要求9

稳定性9

暂态性能10

稳态性能10

本书内容的安排10

本章小结11

习题12

第2章 连续系统的数学模型14

系统数学模型的概念14

数学模型的定义与主要类型14

建立数学模型的方法15

微分方程描述16

传递函数20

传递函数与脉冲响应函数的定义21

传递函数的表达式22

线性系统的基本环节24

结构图26

结构图的基本组成26

结构图的变换法则29

结构图的简化29

反馈控制系统的传递函数34

信号流图37

信号流图的定义及基本性质37

信号流图的构造38

信号流图的变换法则与简化41

梅森增益公式44

系统数学模型的MATLAB表示46

传递函数模型的MATLAB表示47

结构图的MATLAB表示49

本章小结49

习题50

第3章 时域分析法55

稳定性分析55

稳定性的概念55

系统稳定的条件56

劳斯稳定判据58

赫尔维茨稳定判据62

暂态性能分析63

典型输入信号64

暂态性能指标65

一阶系统的暂态性能分析67

典型二阶系统的暂态性能68

高阶系统暂态性能近似分析78

稳态性能分析83

控制系统误差与稳态误差的定义84

控制系统型号或无差度的定义86

终值定理法86

误差系数法89

扰动作用下的稳态误差分析92

复合控制系统及误差分析94

MATLAB辅助分析控制系统时域性能97

MATLAB辅助控制系统稳定性分析97

MATLAB求控制系统的单位阶跃响应98

本章小结99

习题100

第4章 根轨迹法106

根轨迹的基本概念106

根轨迹的绘制107

广义根轨迹的绘制111

控制系统的根轨迹分析法111

用MATLAB绘制根轨迹113

本章小结113

习题114

第5章 频率法115

频率特性115

频率特性的定义115

频率响应116

频率特性的几何表示118

典型环节频率特性的伯德图120

控制系统开环频率特性的伯德图127

由伯德图确定传递函数133

最小与非最小相位系统的概念133

由伯德图确定传递函数134

频率特性的实验确定法136

奈奎斯特稳定判据138

辐角原理138

奈奎斯特稳定判据139

举例142

控制系统相对稳定性分析148

MATLAB在频率法中的应用152

用MATLAB绘制奈氏图152

用MATLAB绘制伯德图153

用MATLAB分析相对稳定性154

本章小结155

习题156

第6章 线性系统的校正方法161

控制系统校正的概念161

控制系统的设计步骤161

校正的概念与校正方案162

校正方法166

超前校正167

超前校正及其特性168

用频域法确定超前校正参数170

超前校正装置172

滞后校正176

滞后校正及其特性176

用频域法确定滞后校正参数178

滞后校正装置181

滞后-超前校正183

滞后-超前校正网络183

用频域法确定滞后-超前校正参数185

串联校正的综合法187

综合法的基本方法187

按最佳二阶系统校正188

按典型三阶系统校正191

Simulink在控制系统仿真中的应用193

本章小结194

习题195

第7章 离散系统控制理论196

信号的采样与保持196

信号的采样196

采样信号的保持201

差分方程206

差分方程的概念206

微分方程描述的差分化208

差分方程的递推解法213

差分方程的经典解法214

z变换217

z变换的定义217

z变换的基本定理219

z变换的基本方法225

z逆变换229

差分方程的z变换解法235

z传递函数237

z传递函数的概念237

开环z传递函数240

闭环z传递函数242

带有扰动的系统输出z变换式244

线性离散系统的稳定性分析245

朱利稳定判据246

舒尔-科恩稳定判据247

修正劳斯稳定判据248

线性离散系统的暂态性能分析250

离散系统的暂态性能指标250

离散系统极点分布与动态响应的关系252

离散系统动态性能指标的计算公式254

线性离散系统的稳态误差分析259

线性离散系统设计方法261

数字PID控制262

数字控制器的z传递函数263

最少拍离散控制系统设计方法264

MATLAB在离散系统分析中的应用268

本章小结270

习题272

第8章 非线性控制系统分析276

典型非线性特性276

饱和特性276

死区特性277

间隙特性278

继电器特性279

描述函数法280

描述函数法的基本思想与条件280

描述函数282

典型非线性特性的描述函数285

用描述函数法分析非线性系统的自激振荡293

相平面法298

相平面299

相轨迹的绘制方法302

奇点306

极限环311

非线性系统相平面分区线性化方法314

MATLAB在非线性系统分析中的应用317

本章小结318

习题319

第9章 控制系统的状态空间分析323

状态空间模型323

状态与状态空间的概念323

系统的状态空间描述324

状态方程的线性变换327

线性系统的能控性和能观性分析329

系统能控性和能观性问题329

线性定常系统的能控性330

线性定常系统的能观性335

状态空间表达式的能控标准型与能观标准型339

对偶原理345

李雅普诺夫稳定判据346

李雅普诺夫稳定性定义347

李雅普诺夫稳定判据349

线性连续系统的李雅普诺夫稳定判据351

线性离散系统的李雅普诺夫稳定判据353

状态方程的求解355

线性连续系统状态方程的求解355

线性离散系统状态方程的求解358

状态反馈控制与状态观测器的设计361

状态反馈361

状态反馈设计方法363

状态观测器的设计367

线性二次型最优控制371

线性二次型最优控制问题371

线性连续系统有限时间状态调节器372

线性连续系统无限时间定常状态调节器374

线性离散系统状态调节器376

MATLAB在状态空间分析中的应用378

本章小结379

习题380

附录 常用拉普拉斯变换和Z变换表385

习题参考答案389

参考文献398