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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人工控制与自动控制1

1.1.2控制系统框图2

1.1.3开环控制与闭环控制3

1.1.4自动控制系统的应用实例3

1.2自动控制系统的组成6

1.2.1基本组成部分6

1.2.2常用的名词术语7

1.3自动控制系统的分类7

1.4自动控制理论概要8

1.4.1自动控制理论的发展8

1.4.2对自动控制系统的基本要求9

1.4.3本书内容10

1.5小结11

1.6习题11

第2章 自动控制系统的数学模型14

2.1控制系统数学模型的概念14

2.1.1建立数学模型的方法14

2.1.2数学模型的类型14

2.2控制系统的微分方程15

2.2.1线性系统微分方程的建立15

2.2.2微分方程的增量化表示18

2.2.3线性系统的重要特征19

2.2.4非线性微分方程的线性化20

2.3控制系统的传递函数21

2.3.1传递函数的概念21

2.3.2关于传递函数的几点说明23

2.3.3典型环节及其传递函数25

2.4控制系统的结构图28

2.4.1结构图的概念29

2.4.2结构图的组成和建立29

2.4.3结构图的等效变换和简化30

2.4.4典型闭环控制系统的结构图及其传递函数36

2.5信号流图38

2.5.1信号流图的概念38

2.5.2梅逊公式40

2.6小结41

2.7习题42

第3章 自动控制系统的时域分析法45

3.1系统稳定性分析45

3.1.1线性系统稳定的概念和稳定的充要条件45

3.1.2劳斯（Routh）稳定判据47

3.2时域分析法基础53

3.2.1典型输入信号53

3.2.2瞬态响应和稳态响应54

3.2.3阶跃响应性能指标55

3.3一阶系统的动态性能56

3.4二阶系统的动态性能57

3.4.1典型二阶系统的动态性能57

3.4.2具有零点的二阶系统分析66

3.5高阶系统的动态性能69

3.6稳态误差分析70

3.6.1稳态误差的定义71

3.6.2控制系统的型别72

3.6.3给定输入作用下系统的稳态误差72

3.6.4扰动输入作用下系统的稳态误差76

3.6.5降低稳态误差的方法78

3.7PID基本控制规律的分析80

3.8利用MATLAB进行时域分析82

3.8.1传递函数模型的MATLAB表示83

3.8.2用MATLAB求控制系统的单位阶跃响应85

3.8.3利用MATLAB辅助分析控制系统的稳定性85

3.9小结86

3.10习题87

第4章 根轨迹分析法91

4.1根轨迹的基本概念91

4.1.1根轨迹的概念91

4.1.2幅值条件和相角条件93

4.2绘制根轨迹的基本法则95

4.3参量根轨迹和根轨迹簇108

4.3.1参量根轨迹108

4.3.2根轨迹簇110

4.4零度根轨迹111

4.5延迟系统的根轨迹114

4.5.1延迟系统根轨迹方程的幅值条件和相角条件114

4.5.2绘制延迟系统的根轨迹115

4.6根轨迹法分析系统的性能118

4.7增加开环零极点对根轨迹的影响123

4.7.1增加开环零点对根轨迹的影响123

4.7.2增加开环极点对根轨迹的影响123

4.7.3增加开环偶极子对根轨迹的影响123

4.8利用MATLAB绘制根轨迹图126

4.9小结127

4.10习题127

第5章 频率特性分析法131

5.1频率特性的基本概念131

5.1.1频率特性的定义131

5.1.2频率特性和传递函数的关系133

5.2频率特性的图示方法134

5.2.1幅相频率特性曲线134

5.2.2对数频率特性曲线134

5.2.3对数幅相特性曲线135

5.3典型环节的频率特性136

5.4系统的开环频率特性144

5.4.1系统开环幅相频率特性的绘制144

5.4.2系统开环对数频率特性的绘制147

5.4.3最小相位系统与非最小相位系统149

5.5奈奎斯特稳定判据150

5.5.1幅角定理150

5.5.2奈奎斯特判据152

5.5.3奈奎斯特判据在Ⅰ型和Ⅱ型系统中的应用153

5.5.4在伯德图上判别闭环系统的稳定性158

5.5.5多回路系统的稳定性分析159

5.6相对稳定性160

5.7利用开环频率特性分析系统的性能164

5.8利用闭环频率特性分析系统的性能167

5.8.1用向量法求闭环频率特性167

5.8.2利用闭环幅频特性分析和估算系统的性能168

5.9利用MATLAB绘制频率特性曲线图170

5.9.1利用MATLAB绘制奈奎斯特图170

5.9.2利用MATLAB绘制伯德图171

5.9.3利用MATLAB分析相对稳定性171

5.10小结172

5.11习题173

第6章 自动控制系统的校正177

6.1控制系统校正的基本概念177

6.1.1校正方式177

6.1.2性能指标178

6.1.3设计方法179

6.2校正装置及其特性179

6.3串联校正的设计187

6.3.1串联校正的频率法设计187

6.3.2串联校正的根轨迹法设计194

6.3.3串联校正的期望对数频率特性设计法201

6.4反馈校正的设计204

6.5复合控制校正207

6.6小结208

6.7习题209

第7章 线性离散控制系统的分析212

7.1线性离散控制系统的概念212

7.2采样过程和采样定理213

7.2.1采样过程213

7.2.2采样定理214

7.2.3信号复现与零阶保持器216

7.3z变换217

7.3.1z变换的定义218

7.3.2z变换的求法218

7.3.3z变换的基本定理221

7.3.4z反变换224

7.4离散控制系统的数学模型226

7.4.1差分方程226

7.4.2脉冲传递函数228

7.5离散控制系统的稳定性分析233

7.5.1s平面与z平面的映射关系233

7.5.2离散控制系统稳定的充要条件234

7.5.3离散控制系统的劳斯稳定判据235

7.6离散控制系统的稳态误差分析237

7.7离散控制系统的动态性能分析240

7.7.1离散控制系统闭环极点分布和暂态响应的关系241

7.7.2离散控制系统动态性能的估算244

7.8离散控制系统的校正246

7.8.1离散控制系统校正的特点246

7.8.2校正装置的具体设计方法246

7.8.3最少拍系统设计248

7.9小结254

7.10习题254

第8章 非线性控制系统的分析257

8.1非线性控制系统概述257

8.1.1非线性现象的普遍性257

8.1.2控制系统中的典型非线性特性257

8.1.3非线性控制系统的特殊性259

8.1.4非线性控制系统的分析方法260

8.2相平面法260

8.2.1相平面的基本概念261

8.2.2构造相平面图263

8.2.3由相平面图确定时间266

8.2.4线性系统的相平面分析267

8.2.5非线性系统的相平面分析268

8.3描述函数法270

8.3.1描述函数的基本概念270

8.3.2典型非线性特性的描述函数275

8.3.3用描述函数法分析非线性系统的稳定性278

8.4小结283

8.5习题283

附录 常用函数z变换表286

参考文献288