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第1章 绪论1

引言1

开环控制系统和闭环控制系统2

开环控制系统2

闭环控制系统3

闭环控制系统的组成4

自动控制系统的类型5

线性控制系统和非线性控制系统6

连续控制系统和离散控制系统6

恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统7

定常控制系统和时变控制系统8

自动控制系统举例8

习题11

第2章 自动控制系统的数学模型15

系统微分方程的建立15

非线性微分方程的线性化18

传递函数20

传递函数的定义20

传递函数的性质21

典型环节及其传递函数22

动态结构图27

动态结构图的组成27

动态结构图的绘制27

动态结构图的等效变换31

闭环系统的传递函数36

结构图等效变换举例37

信号流图39

信号流图的组成39

信号流图的绘制40

梅森公式41

习题44

第3章 时域法50

典型输入函数和时域性能指标50

系统的稳定性50

自动控制系统的典型输入信号51

时域性能指标53

一阶系统的时域分析54

一阶系统的数学模型54

一阶系统的单位阶跃响应55

二阶系统的时域分析57

二阶系统的数学模型57

二阶系统的单位阶跃响应57

二阶欠阻尼系统的动态性能指标60

二阶系统特征参数与暂态性能指标之间的关系63

二阶系统工程最佳参数64

二阶系统计算举例64

高阶系统的时域分析68

控制系统的稳定性分析70

系统稳定性的基本概念70

稳定判据71

稳态误差78

稳态误差的定义79

自动控制系统的类型80

给定输入作用下稳态误差系数和稳态误差分析80

扰动输入作用下的稳态误差分析85

减小稳态误差的方法87

习题90

第4章 根轨迹法96

根轨迹的基本概念96

根轨迹96

根轨迹方程98

绘制根轨迹的基本法则100

根轨迹的基本法则100

根轨迹的绘制与分析108

参数根轨迹的绘制113

零度根轨迹的绘制116

利用根轨迹分析系统性能118

暂态响应性能分析118

主导极点与偶极子119

根轨迹分析119

习题121

第5章 频域法124

频率特性124

频率特性的表示方法125

幅相频率特性的表示方法125

对数幅相频率特性的表示方法126

典型环节的频率特性127

开环频率特性的绘制140

开环幅相频率特性的绘制140

开环对数幅相频率特性的绘制146

用频率法分析控制系统的稳定性152

奈奎斯特稳定判据152

系统的稳定裕度163

闭环系统频率特性164

闭环频率特性曲线的绘制164

闭环系统等M圆、等N圆及尼科尔斯图165

系统暂态特性和闭环频率特性的关系167

开环频率特性与系统阶跃响应的关系169

习题171

第6章 控制系统的校正179

引言179

控制系统的性能指标与校正概念179

校正方式180

基本校正规律181

校正方法183

用频率法校正的特点183

校正装置184

超前校正装置184

滞后校正装置186

滞后-超前校正装置187

期望的对数频率特性190

串联校正191

串联超前校正191

串联滞后校正193

串联滞后-超前校正196

反馈校正198

反馈校正的原理198

反馈校正的作用199

反馈校正装置的设计201

复合校正204

反馈与按输入前馈的复合控制204

反馈与按扰动前馈的复合控制205

习题206

第7章 采样控制系统分析法210

采样控制系统的基本概念210

采样控制系统210

数字控制系统211

采样过程与采样定理212

采样过程212

采样信号的频谱213

采样定理214

信号的复现215

z变换217

z变换的定义217

z变换的求法218

z变换的性质220

z反变换222

差分方程223

差分方程概述223

差分方程的解法223

脉冲传递函数224

脉冲传递函数的定义225

开环脉冲传递函数225

闭环脉冲传递函数227

应用z变换法分析系统的条件230

采样系统的性能分析230

采样系统的稳定性230

采样系统闭环极点与动态响应的关系234

采样系统的稳态误差235

最少拍采样控制系统的设计237

习题240

第8章 非线性控制系统分析法243

概述243

非线性系统的研究方法243

典型非线性环节243

非线性系统的特点245

描述函数法246

描述函数的基本概念246

典型非线性特性的描述函数248

非线性系统的简化252

用描述函数法分析非线性系统254

稳定性判据254

自激振荡256

用描述函数法分析非线性系统256

相平面法261

相平面图261

相轨迹和相平面图的性质263

奇点的类型264

相平面图中的极限环266

由相平面图求时间响应266

相轨迹的绘制方法267

解析法267

图解法268

非线性系统的相平面分析270

死区型非线性系统271

继电器非线性系统272

非线性系统的校正273

对线性部分进行校正273

改变非线性特性274

习题274

第9章 状态空间法277

基本概念277

几个定义277

状态空间表达式的一般形式279

状态空间表达式的建立280

由微分方程建立状态空间表达式280

由传递函数建立状态空间表达式282

组合系统的状态空间表达式286

并联连接286

串联连接286

反馈连接287

状态方程的线性变换288

系统的特征值及其不变性288

将状态方程化为对角标准形289

将状态方程化为约当标准形291

由状态空间表达式求传递函数矩阵292

传递函数矩阵的概念292

由状态空间表达式求传递函数矩阵292

离散系统的状态空间表达式293

线性定常连续系统状态方程的解294

齐次状态方程的解294

状态转移矩阵的性质294

eAt的计算方法295

非齐次状态方程的解297

线性定常系统的能控性和能观测性297

能控性和能观测性定义298

线性定常系统的能控性判据298

线性定常系统的能观测性判据302

单输入-单输出系统的能控标准形和能观测标准形304

状态反馈与状态观测器307

状态反馈307

状态反馈的性质307

状态反馈的极点配置308

状态观测器的设计310

带状态观测器的状态反馈系统312

李亚普诺夫稳定性分析314

李亚普诺夫第二法概述314

李亚普诺夫稳定性定义315

李亚普诺夫稳定性定理316

线性定常连续系统的稳定性分析316

习题317

参考文献321