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第1章 绪论1

1.1控制系统的基本概念1

1.1.1开环控制系统1

1.1.2闭环控制系统2

1.2控制系统的工程应用3

1.2.1温度控制系统4

1.2.2硬磁盘中的磁头位置控制系统4

1.2.3火电厂电能生产综合控制系统5

1.3控制理论发展的简要回顾5

1.4控制系统的分析和设计6

小结6

习题一7

第2章 控制系统的数学模型8

2.1线性动态系统8

2.1.1线性系统的叠加性和齐次性8

2.1.2物理系统的线性近似9

2.2传递函数与系统结构图9

2.2.1传递函数9

2.2.2传递函数结构图10

2.2.3典型环节的传递函数12

2.2.4结构图的变换13

2.2.5闭环控制系统的基本结构15

2.3信号流图及Mason公式16

2.3.1信号流图16

2.3.2 Mason公式18

2.4状态空间模型20

2.4.1状态变量20

2.4.2状态空间方程21

2.4.3线性变换23

2.5传递函数与状态空间方程的转换23

2.5.1由状态空间方程到传递函数23

2.5.2传递函数不变性24

2.5.3由传递函数到状态空间方程25

2.6状态图27

2.7利用传递函数求解响应30

2.8状态方程求解32

小结33

习题二34

第3章 控制系统的时域分析38

3.1系统的稳定性38

3.1.1 Liapunov稳定38

3.1.2渐近稳定38

3.1.3 BIBO稳定39

3.2 Routh稳定判据41

3.2.1稳定判据41

3.2.2两种特例的处理43

3.2.3 Routh判据的应用44

3.3稳态性能45

3.3.1测试输入信号45

3.3.2稳态误差的定义46

3.3.3稳态误差计算47

3.3.4干扰信号49

3.3.5灵敏度分析51

3.4动态响应51

3.4.1动态性能指标52

3.4.2一阶系统52

3.4.3二阶系统53

3.4.4高阶系统56

3.4.5高阶系统的简化58

3.5根轨迹法59

3.5.1根轨迹的概念59

3.5.2绘制根轨迹的条件60

3.5.3根轨迹绘制的规则61

3.5.4根轨迹的参数设计68

3.5.5添加零一极点对根轨迹的影响68

小结70

习题三70

第4章 控制系统的频域分析74

4.1系统的频率特性74

4.2 Nyquist稳定判据75

4.2.1 Cauchy辐角原理75

4.2.2 Nyquist围线和Nyquist图76

4.2.3 Nyquist稳定判据78

4.2.4绘制Nyquist图和应用稳定判据的示例78

4.2.5 S右半平面的映射域与稳定性85

4.3对数频率特性法86

4.3.1典型环节的Bode图87

4.3.2系统Bode图的合成90

4.3.3对数幅频特性渐近线分段作图法92

4.3.4相频特性草图分段作图法93

4.3.5最小相位系统95

4.4稳定裕量95

4.4.1幅值裕量和相角裕量96

4.4.2稳定裕量与稳定性96

4.4.3幅值裕量和相角裕量计算示例97

4.4.4最小相位系统的幅频特性100

4.5闭环频率特性和带宽102

小结103

习题四104

第5章 反馈控制系统设计107

5.1系统设计方法107

5.1.1性能指标107

5.1.2校正装置107

5.2串联校正网络108

5.2.1 PID校正108

5.2.2超前校正110

5.2.3滞后校正111

5.2.4滞后-超前校正112

5.3用根轨迹法设计校正网络113

5.3.1时域性能和期望极点113

5.3.2串联超前校正114

5.3.3串联滞后校正116

5.4用对数频率特性法设计校正网络119

5.4.1频域指标和期望频率特性119

5.4.2串联超前校正120

5.4.3串联滞后校正123

5.4.4串联滞后超前校正124

小结127

习题五127

第6章 状态变量反馈控制系统129

6.1能控性129

6.1.1能控性的定义129

6.1.2能控性判据130

6.1.3线性变换不改变能控性130

6.1.4能控标准型（SISO系统）132

6.2能观性132

6.2.1能观性的定义133

6.2.2能观性判据133

6.3能控性能观性与传递函数的零—极点对消135

6.4系统的能控性和能观性分解137

6.5状态反馈与极点配置139

6.6状态观测器145

6.7带观测器的状态反馈控制系统147

小结149

习题六149

第7章 数字控制系统152

7.1信号采样和保持152

7.1.1采样器152

7.1.2零阶保持器153

7.2 Z变换154

7.2.1 Z变换定义154

7.2.2 Z变换的性质156

7.2.3 Z反变换157

7.3离散控制系统数学模型159

7.3.1差分方程159

7.3.2脉冲传递函数160

7.3.3离散状态空间方程160

7.3.4连续系统传递函数的离散化162

7.3.5连续状态空间方程的离散化165

7.4离散控制系统性能分析166

7.4.1离散控制系统的稳定性166

7.4.2离散控制系统的稳态误差168

7.4.3离散系统动态响应169

7.4.4离散状态空间模型的能控性与能观性171

7.5数字控制器的设计172

7.5.1模拟化设计方法172

7.5.2数字化设计方法175

7.5.3状态反馈极点配置设计法178

小结178

习题七179

附录A MATLA B及控制系统工具箱简介181

A.1简介181

A.2数学模型的输入方法182

A.2.1状态方程183

A.2.2传递函数183

A.2.3由开环传递函数求闭环传递函数184

A.3控制系统分析用函数184

A.3.1经典控制论的几个基本分析函数184

A.3.2系统分析和仿真的例题185

A.4 SISO系统设计工具188

附录B能控性和能观性证明192

B.1能控性判据192

B.2能控标准型193

B.3能观性判据197

附录C拉普拉斯变换对199

参考文献200