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常用符号表1

第1章 绪论3

1.1引言3

1.1.1控制理论的发展4

1.1.2 MATLAB工程软件4

1.2自动控制系统的基本概念5

1.2.1自动控制系统的工作原理5

1.2.2自动控制系统的基本控制方式6

1.2.3自动控制系统的基本组成8

1.3自动控制系统的分类9

1.4对控制系统的基本要求10

1.5本课程的学习方法10

本章小结11

思考题与习题11

第2章 控制系统的数学模型12

2.1控制系统的微分方程12

2.1.1线性系统（元部件）微分方程的建立12

2.1.2非线性系统微分方程的线性化16

2.2控制系统的传递函数18

2.2.1传递函数概述18

2.2.2常用控制元件的传递函数19

2.2.3典型环节的传递函数25

2.2.4传递函数的标准形式25

2.3控制系统的结构图及其等效变换27

2.3.1结构图概述27

2.3.2结构图的等效变换29

2.4控制系统的几种常用传递函数32

2.4.1系统的开环传递函数33

2.4.2闭环系统的传递函数33

2.4.3闭环系统的误差传递函数33

2.5控制系统数学模型的MATLAB实现36

2.5.1传递函数的MATLAB描述36

2.5.2 Simulink动态结构图36

2.5.3数学模型的转换37

本章小结38

思考题与习题38

第3章 控制系统的时域分析41

3.1时间响应与典型输入信号42

3.1.1时间响应的概念42

3.1.2典型输入信号42

3.2一阶系统的时间响应44

3.2.1一阶系统的数学模型44

3.2.2一阶系统的单位脉冲响应44

3.2.3一阶系统的单位阶跃响应44

3.2.4一阶系统的单位速度响应46

3.3二阶系统的时间响应46

3.3.1二阶系统的数学模型46

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应47

3.4瞬态响应的性能指标50

3.5稳态误差分析与计算54

3.5.1稳态误差的概念54

3.5.2稳态误差的计算56

3.5.3稳态误差系数56

3.5.4干扰作用下的稳态误差58

3.6 Routh—Hurwitz稳定判据59

3.6.1 Hurwitz稳定性判据59

3.6.2 Routh判据60

3.7 MATLAB环境下时域响应分析63

本章小结66

思考题与习题66

第4章 控制系统的频域分析68

4.1频率特性的基本概念69

4.1.1频率特性概述69

4.1.2频率特性的求取方法70

4.1.3频率特性的表示法72

4.2典型环节的频率特性75

4.2.1比例环节75

4.2.2积分环节77

4.2.3惯性环节78

4.2.4振荡环节80

4.2.5微分环节83

4.2.6延时环节85

4.2.7最小相位系统与非最小相位系统86

4.3控制系统的开环频率特性87

4.3.1系统开环幅相频率特性87

4.3.2系统开环对数频率特性91

4.4控制系统的频域稳定性分析95

4.4.1系统开环频率特性与闭环特征式的关系96

4.4.2幅角变化与系统稳定性的关系97

4.4.3 Nyquist稳定判据97

4.4.4应用Bode图判断闭环系统的稳定性100

4.5开环频率特性分析102

4.5.1开环频域性能指标102

4.5.2开环频率特性与时域指标的关系105

4.5.3中频段特性与开环频率特性间的关系108

4.6闭环频率特性分析109

4.6.1闭环频率特性110

4.6.2闭环频域指标110

4.6.3闭环频域性能指标与时域指标111

本章小结112

思考题与习题113

第5章 控制系统的根轨迹116

5.1根轨迹与控制系统特性116

5.2绘制根轨迹的基本法则119

5.3用根轨迹分析控制系统的性能127

5.4利用MATLAB绘制系统根轨迹129

本章小结131

思考题与习题131

第6章 控制系统的综合与校正133

6.1控制系统校正的基本概念133

6.1.1控制系统校正与校正装置133

6.1.2控制系统的性能指标134

6.1.3校正方式135

6.2校正装置及其特性136

6.2.1超前校正装置136

6.2.2滞后校正装置138

6.2.3滞后—超前校正装置140

6.3串联校正143

6.3.1相位超前校正143

6.3.2相位滞后校正147

6.3.3串联滞后—超前校正149

6.4并联校正152

6.4.1反馈校正152

6.4.2前馈校正155

6.5 MATLAB在系统校正中的基本应用156

本章小结160

思考题与习题160

第7章 计算机控制系统初步162

7.1计算机控制系统概述163

7.1.1计算机控制系统的基本概念163

7.1.2计算机控制系统的组成164

7.1.3计算机控制系统的分类165

7.1.4计算机控制系统的发展概况167

7.1.5计算机控制系统的发展趋势168

7.2信号的采样与复原169

7.2.1计算机控制系统的信号形式169

7.2.2采样定理170

7.2.3信号的复原171

7.3z变换及其逆变换173

7.3.1 z变换的定义173

7.3.2 z变换的性质174

7.3.3 z逆变换175

7.4计算机控制系统的数学模型178

7.4.1线性差分方程178

7.4.2脉冲传递函数179

7.5计算机控制系统的控制算法182

7.5.1数字PID控制算法182

7.5.2数字PID控制器的改进183

7.5.3数字PID调节器参数整定185

本章小结187

思考题与习题187

附录A拉普拉斯变换188

附录B常用函数的拉普拉斯变换和z变换表200

附录C常用控制工程术语汉英对照表201

思考题与习题参考答案206

参考文献211