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第1章 绪论1

1.1 自动控制的基本概念1

1.1.1 基本概念1

1.1.2 开环控制与闭环控制的实例2

1.2 自动控制理论的发展3

1.3 控制系统的分类5

1.4 对控制系统的基本要求6

本章小结6

习题16

第2章 控制系统的数学模型8

2.1 基本概念8

2.2 时域模型——微分方程9

2.2.1 建立系统或元件微分方程的步骤9

2.2.2 典型系统的微分方程10

2.2.3 非线性方程线性化方法13

2.3 复域模型——传递函数14

2.3.1 传递函数的定义14

2.3.2 传递函数的性质和物理意义15

2.3.3 典型环节的传递函数16

2.3.4 传递函数的表示方式和术语18

2.4 控制系统方块图19

2.4.1 方块图简介19

2.4.2 方块图的化简20

2.4.3 闭环系统的方块图和传递函数23

本章小结26

习题227

第3章 线性系统的时域分析29

3.1 系统的稳定性分析29

3.1.1 稳定的概念29

3.1.2 稳定的充要条件30

3.1.3 劳斯稳定判据31

3.2 二阶系统的动态性能分析36

3.2.1 典型输入信号37

3.2.2 动态性能指标38

3.2.3 二阶系统的时域响应38

3.2.4 高阶系统的时域响应44

3.3 系统稳态性能分析46

3.3.1 稳态误差的定义47

3.3.2 输入信号作用下系统的稳态误差47

3.3.3 扰动信号作用时系统的稳态误差51

本章小结53

习题353

第4章 根轨迹法57

4.1 根轨迹的基本概念57

4.2 绘制根轨迹的基本规则58

4.3 控制系统根轨迹的绘制63

4.4 广义根轨迹68

4.4.1 以非K为变参数的根轨迹68

4.4.2 正反馈系统的根轨迹69

4.4.3 非最小相位系统的根轨迹70

4.5 线性系统的根轨迹分析方法73

4.5.1 主导极点的概念73

4.5.2 增加开环零极点对根轨迹的影响75

本章小结77

习题477

第5章 线性系统的频域分析法79

5.1 线性系统的频率响应79

5.2 频率特性的图形表示81

5.2.1 幅相频率特性曲线81

5.2.2 对数频率特性曲线89

5.3 奈奎斯特稳定性判据97

5.3.1 奈奎斯特稳定判据的数学基础97

5.3.2 奈奎斯特稳定判据98

5.4 控制系统的相对稳定性102

5.4.1 相对稳定性102

5.4.2 稳定裕度的求取104

5.5 频域响应分析107

5.5.1 频域性能指标107

5.5.2 频域指标与时域指标的关系107

本章小结110

习题5110

第6章 线性系统的校正114

6.1 系统设计与校正的概念114

6.1.1 系统性能指标114

6.1.2 校正的实质115

6.1.3 校正方式116

6.1.4 对数幅频特性的形状对系统性能指标的影响116

6.2 常用校正装置118

6.2.1 无源超前网络118

6.2.2 无源滞后网络119

6.2.3 滞后-超前无源网络120

6.3 串联校正的频率法设计120

6.3.1 串联超前校正120

6.3.2 串联滞后校正122

6.3.3 串联滞后-超前校正124

6.4 PID调节器125

6.4.1 PID的基本控制作用126

6.4.2 PID控制器的参数确定128

本章小结131

习题6131

第7章 采样系统分析133

7.1 引言133

7.2 信号的采样与保持133

7.2.1 采样信号的数学表示133

7.2.2 采样信号的频谱分析134

7.2.3 采样定理135

7.2.4 信号的保持136

7.3 z变换137

7.3.1 z变换的定义137

7.3.2 z变换的求法137

7.3.3 z变换的性质139

7.3.4 z反变换141

7.4 采样系统的脉冲传递函数143

7.4.1 脉冲传递函数的定义和意义143

7.4.2 脉冲传递函数的求法144

7.4.3 开环脉冲传递函数144

7.4.4 闭环脉冲传递函数145

7.5 采样系统分析147

7.5.1 采样系统的稳定性147

7.5.2 采样系统的稳态性能149

7.5.3 采样系统的动态性能151

本章小结154

习题7154

第8章 状态空间分析设计156

8.1 状态空间模型156

8.1.1 状态变量表达式相关概念156

8.1.2 由微分方程建立状态变量表达式158

8.1.3 状态变量表达式和传递函数的关系163

8.2 状态空间的线性变换167

8.2.1 线性变换167

8.2.2 线性变换的不变性168

8.2.3 线性系统的规范化169

8.3 线性定常系统状态方程的解174

8.3.1 线性定常系统齐次方程的解174

8.3.2 状态转移矩阵的性质174

8.3.3 状态转移矩阵的求取176

8.3.4 非齐次状态方程的解177

8.4 线性连续系统的可控性与可观测性分析178

8.4.1 线性连续系统的可控性与可观测性的概念178

8.4.2 线性连续系统的可控性判据179

8.4.3 线性定常连续系统的可观测性判据181

8.4.4 通过线性变换将单输入系统化为可控标准型和可观测标准型182

8.4.5 对偶原理185

8.4.6 传递函数与可控性、可观测性的关系185

8.5 线性定常系统的状态反馈和极点配置185

8.5.1 状态反馈和输出反馈185

8.5.2 状态反馈进行极点的任意配置187

本章小结189

习题8189

第9章 MATLAB在控制系统分析中的应用191

9.1 基于MATLAB的数学建模191

9.1.1 建立传递函数模型的MATLAB相关函数191

9.1.2 方块图的标准连接的MATLAB相关函数192

9.1.3 传递函数的零极点求取的MATLAB相关函数193

9.2 基于MATLAB的时域分析194

9.2.1 常用函数194

9.2.2 应用举例195

9.3 基于MATLAB的根轨迹分析199

9.3.1 常用函数199

9.3.2 应用举例200

9.4 基于MATLAB的频域分析和设计202

9.4.1 常用函数202

9.4.2 应用举例203

9.5 基于MATLAB的采样系统分析205

9.5.1 常用函数206

9.5.2 应用举例206

9.6 状态空间分析207

9.6.1 常用函数208

9.6.2 应用举例211

参考文献214