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第1章 控制系统导论1

1.1 引言1

1.2 自动控制简史3

1.3 控制系统实例7

1.4 工程设计11

1.5 控制系统设计13

1.6 机电一体化系统15

1.7 绿色工程17

1.8 控制系统前瞻18

1.9 设计实例19

1.10 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统22

1.11 小结24

技能自测24

基础练习题26

一般习题27

难题31

设计题32

术语和概念34

第2章 系统数学模型35

2.1 引言35

2.2 物理系统的微分方程（组）35

2.3 物理系统的线性近似39

2.4 拉普拉斯变换41

2.5 线性系统的传递函数46

2.6 框图模型57

2.7 信号流图模型60

2.8 设计实例65

2.9 利用控制系统设计软件进行系统仿真82

2.10 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统93

2.11 小结95

技能自测95

基础练习题98

一般习题104

难题115

设计题117

计算机辅助设计题119

术语和概念121

第3章 状态空间模型124

3.1 引言124

3.2 动态系统的状态变量125

3.3 状态微分方程（组）127

3.4 信号流图模型和框图模型131

3.5 其他形式的信号流图和框图模型139

3.6 由状态方程求解传递函数143

3.7 状态转移矩阵和系统时间响应144

3.8 设计实例147

3.9 利用控制系统设计软件分析状态空间模型157

3.10 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统160

3.11 小结162

技能自测162

基础练习题165

一般习题168

难题176

设计题178

计算机辅助设计题179

术语和概念181

第4章 反馈控制系统的特性183

4.1 引言183

4.2 偏差信号分析185

4.3 控制系统对参数变化的灵敏度186

4.4 反馈控制系统的干扰信号189

4.5 系统瞬态响应的调控193

4.6 稳态误差196

4.7 反馈的代价197

4.8 设计实例198

4.9 利用控制系统设计软件分析控制系统特性209

4.10 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统214

4.11 小结217

技能自测218

基础练习题221

一般习题225

难题232

设计题235

计算机辅助设计题238

术语和概念241

第5章 反馈控制系统的性能242

5.1 引言242

5.2 测试输入信号243

5.3 二阶系统的性能245

5.4 零点和第三个极点对二阶系统响应的影响249

5.5 s平面上特征根的位置与系统的瞬态响应253

5.6 反馈控制系统的稳态误差255

5.7 综合性能指标260

5.8 线性系统的简化266

5.9 设计实例269

5.10 利用控制系统设计软件分析系统性能278

5.11 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统282

5.12 小结284

技能自测285

基础练习题287

一般习题291

难题296

设计题298

计算机辅助设计题301

术语和概念304

第6章 线性反馈系统的稳定性305

6.1 稳定性的概念305

6.2 劳斯-赫尔维茨稳定性判据308

6.3 反馈控制系统的相对稳定性314

6.4 状态变量系统的稳定性315

6.5 设计实例318

6.6 利用控制系统设计软件分析系统的稳定性324

6.7 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统330

6.8 小结333

技能自测333

基础练习题335

一般习题338

难题343

设计题346

计算机辅助设计题349

术语和概念350

第7章 根轨迹法351

7.1 引言351

7.2 根轨迹的概念351

7.3 绘制根轨迹355

7.4 应用根轨迹法进行参数设计369

7.5 灵敏度与根轨迹373

7.6 PID控制器377

7.7 负增益控制387

7.8 设计实例390

7.9 利用控制系统设计软件分析根轨迹401

7.10 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统405

7.11 小结406

技能自测408

基础练习题411

一般习题415

难题425

设计题429

计算机辅助设计题434

术语和概念436

第8章 频率响应法438

8.1 引言438

8.2 频率响应图440

8.3 频率响应测量455

8.4 频域性能指标456

8.5 对数幅相图459

8.6 设计实例460

8.7 利用控制系统设计软件的频率响应方法469

8.8 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统474

8.9 小结476

技能自测477

基础练习题480

一般习题483

难题492

设计题493

计算机辅助设计题496

术语和概念498

第9章 频域稳定性500

9.1 引言500

9.2 s平面上的围线映射501

9.3 奈奎斯特稳性定性判据505

9.4 相对稳定性与奈奎斯特稳定性判据513

9.5 利用频域方法确定系统的时域性能指标518

9.6 系统带宽523

9.7 时延系统的稳定性525

9.8 设计实例527

9.9 频域中的PID控制器541

9.10 利用控制系统设计软件分析频域稳定性542

9.11 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统549

9.12 小结550

技能自测550

基础练习题560

一般习题565

难题574

设计题578

计算机辅助设计题583

术语和概念585

第10章 反馈控制系统设计586

10.1 引言586

10.2 系统设计方法587

10.3 串联校正网络588

10.4 用伯德图法设计超前校正网络592

10.5 用根轨迹法设计超前校正网络597

10.6 利用积分型校正网络设计反馈控制系统602

10.7 用根轨迹法设计滞后校正网络604

10.8 用伯德图法设计滞后校正网络608

10.9 在伯德图上用解析法进行系统设计612

10.10 带前置滤波器的反馈控制系统613

10.11 设计具有最小节拍响应的系统615

10.12 设计实例617

10.13 利用控制系统设计软件设计控制系统626

10.14 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统631

10.15 小结632

技能自测633

基础练习题636

一般习题640

难题649

设计题651

计算机辅助设计题655

术语和概念657

第11章 状态变量反馈系统设计658

11.1 引言658

11.2 能控性和能观性659

11.3 全状态反馈控制设计663

11.4 观测器设计667

11.5 观测器和全状态反馈控制的集成670

11.6 参考输入信号674

11.7 最优控制系统676

11.8 内模设计683

11.9 设计实例686

11.10 利用控制系统设计软件设计状态变量反馈693

11.11 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统697

11.12 小结698

技能自测699

基础练习题702

一般习题704

难题708

设计题711

计算机辅助设计题714

术语和概念718

第12章 鲁棒控制系统719

12.1 引言719

12.2 鲁棒控制系统和系统灵敏度720

12.3 鲁棒性分析723

12.4 含有不确定参数的系统725

12.5 鲁棒控制系统设计726

12.6 鲁棒PID控制器设计731

12.7 鲁棒内模控制系统735

12.8 设计实例737

12.9 伪定量反馈系统749

12.10 利用控制系统设计软件设计鲁棒控制系统751

12.11 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统753

12.12 小结754

技能自测755

基础练习题758

一般习题759

难题764

设计题767

计算机辅助设计题772

术语和概念774

第13章 数字控制系统776

13.1 引言776

13.2 数字控制系统应用概貌776

13.3 采样系统778

13.4 z变换780

13.5 闭环反馈采样控制系统783

13.6 二阶采样控制系统的性能786

13.7 带有数字校正器的闭环系统788

13.8 数字控制系统的根轨迹790

13.9 控制器的数字实现793

13.10 设计实例794

13.11 利用控制系统设计软件设计数字控制系统800

13.12 循序渐进设计实例：磁盘驱动器读取系统804

13.13 小结805

技能自测805

基础练习题808

一般习题810

难题811

设计题812

计算机辅助设计题814

术语和概念815

附录A MATLAB基础知识816

参考文献829