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第1章 自动控制的基本概念1

1.1　概述1

1.2　自动控制的基本原理2

1.2.1　自动控制系统举例2

1.2.2　自动控制系统的构成4

1.3　控制系统的分类6

1.3.1　按信号传递路径分类6

1.3.2　按输入信号特征分类7

1.3.3　按系统数学模型分类8

1.3.4　按时间变量特性分类9

1.3.5　按系统参数特性分类9

1.4　对控制系统的性能要求9

1.4.1　稳定性10

1.4.2　动态性能指标10

1.4.3　稳态误差10

习题11

第2章　控制系统数学模型的建立13

2.1　概述13

2.2　控制系统微分方程的建立14

2.2.1　典型控制系统举例15

2.2.2　非线性微分方程的线性化22

2.3　传递函数26

2.3.1　传递函数的概念26

2.3.2　传递函数的性质28

2.3.3　典型环节及其传递函数29

2.4　控制系统的结构图33

2.4.1　结构图的概念33

2.4.2　控制系统结构图的建立34

2.4.3　结构图的等效变换37

2.5　控制系统的信号流图43

2.5.1　信号流图的定义44

2.5.2　由系统结构图绘制信号流图45

2.5.3　用梅逊公式求传递函数46

2.6　控制系统的传递函数49

习题52

第3章　时域分析法57

3.1　概述57

3.2　瞬态响应58

3.2.1　典型输入信号58

3.2.2　一阶系统的瞬态响应60

3.2.3　二阶系统的瞬态响应62

3.2.4　时域性能指标66

3.2.5　瞬态响应分析67

3.2.6　线性定常系统的重要特性72

3.2.7　高阶系统的近似分析72

3.3　稳定性74

3.3.1　稳定性的基本概念74

3.3.2　劳斯判据78

3.3.3　赫尔维茨判据83

3.4　稳态误差分析85

3.4.1　稳态误差的概念85

3.4.2　稳态误差的计算86

3.4.3　降低稳态误差的主要措施92

习题93

第4章　根轨迹分析法97

4.1　概述97

4.2　根轨迹的概念98

4.3　根轨迹的绘制100

4.3.1　绘制根轨迹的基本规则101

4.3.2　绘制根轨迹举例110

4.4　广义根轨迹的绘制114

4.4.1　参变量根轨迹的绘制114

4.4.2　正反馈系统根轨迹的绘制116

4.5　控制系统的根轨迹分析118

4.5.1　性能指标在s平面上的表示118

4.5.2　开环零、极点对根轨迹的影响120

4.5.3　闭环零、极点分布与系统性能的关系122

习题125

第5章　频域分析法128

5.1　概述128

5.2　频率特性129

5.2.1　频率特性的基本概念129

5.2.2　频率特性的求取130

5.3　频率特性的图示方法132

5.3.1　极坐标图132

5.3.2　对数坐标图139

5.3.3　对数幅相图148

5.4　频域稳定性判据149

5.4.1 映射定理149

5.4.2　奈奎斯特稳定判据150

5.5　控制系统的稳定裕量156

5.5.1　相角裕量156

5.5.2　幅值裕量157

5.5.3　稳定裕量的计算158

5.6　控制系统的闭环频率特性160

5.6.1 闭环频率特性曲线的绘制160

5.6.2　闭环频域性能指标165

5.7　频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系165

5.7.1 开环频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系166

5.7.2　闭环频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系167

习题170

第6章　线性控制系统的校正173

6.1　概述173

6.2　校正装置及其特性175

6.2.1　无源校正装置175

6.2.2　有源校正装置180

6.2.3　PID调节器182

6.3　串联校正183

6.3.1　串联超前校正184

6.3.2　串联滞后校正186

6.3.3　串联滞后-超前校正189

6.4　反馈校正192

6.4.1　反馈校正的原理及特点192

6.4.2　反馈校正及其参数确定193

习题196

第7章　离散控制系统199

7.1　概述199

7.2　采样过程与采样定理201

7.2.1　采样过程及其数学描述201

7.2.2　采样定理203

7.2.3　信号的恢复205

7.3　Z变换理论207

7.3.1　Z变换定义207

7.3.2　Z变换方法208

7.3.3　Z变换的性质212

7.3.4　Z反变换方法214

7.4　离散控制系统的数学描述216

7.4.1　线性常系数差分方程216

7.4.2　脉冲传递函数218

7.5　离散控制系统的分析与设计228

7.5.1　稳定性分析228

7.5.2　瞬态响应231

7.5.3　稳态误差232

7.5.4　最少拍设计235

习题237

第8章　非线性控制系统240

8.1　概述240

8.2　非线性系统的特点241

8.2.1　典型非线性特性241

8.2.2　非线性系统的运动特点242

8.3　相平面分析法244

8.3.1　相平面的基本概念244

8.3.2　相平面图的绘制方法245

8.3.3　奇点和极限环249

8.3.4　相平面分析举例252

8.4　描述函数分析法258

8.4.1　描述函数的基本概念258

8.4.2　典型非线性特性的描述函数259

8.4.3　用描述函数法分析非线性系统266

习题273

附录275

附录A MATLAB简介275

A.1 MATLAB的工作界面275

A.2 MATLAB的程序设计基础276

A.2.1　语句、变量和MATLAB的基本运算276

A.2.2　矩阵和向量282

A.2.3　M文本文件284

A.2.4　图形286

A.2.5 MATLAB控制系统工具箱函数介绍289

A.3　MATLAB程序设计实例291

附录B　部分习题参考答案295

参考文献302