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第1章 绪论1

1.1概述2

1.1.1自动控制在国民经济中的作用2

1.1.2自动控制理论的发展2

1.2基本控制方式3

1.2.1基本概念3

1.2.2开环控制3

1.2.3闭环控制4

1.2.4复合控制方式5

1.3自动控制系统的分类5

1.4自动控制系统示例7

1.5自动控制系统的性能要求10

习题12

第2章 控制系统的数学模型13

2.1控制系统的时域数学模型14

2.1.1控制系统的微分方程14

2.1.2控制系统的线性近似18

2.2拉普拉斯变换20

2.2.1拉普拉斯变换的定义20

2.2.2拉普拉斯的常用定理22

2.2.3拉普拉斯反变换27

2.2.4微分方程的求解30

2.3控制系统的复数域数学模型31

2.3.1传递函数的定义和性质31

2.3.2典型环节的传递函数32

2.4控制系统的结构图和信号流图36

2.4.1系统结构图及其等效变换36

2.4.2控制系统的信号流图和梅森公式44

2.5 MATLAB在控制系统建模中的应用47

习题49

第3章 控制系统的时域分析法52

3.1时域分析基础53

3.1.1典型输入信号53

3.1.2典型时间响应54

3.1.3单位阶跃响应的性能指标55

3.2控制系统的时域分析56

3.2.1一阶系统的时域分析56

3.2.2二阶系统的时域分析58

3.2.3改善二阶系统响应的措施67

3.2.4高阶系统的时域分析68

3.3控制系统的稳定性分析69

3.3.1系统稳定的概念69

3.3.2稳定的数学条件70

3.3.3线性系统的代数稳定性判据70

3.4控制系统的稳态误差分析75

3.4.1误差与稳态误差75

3.4.2稳态误差的计算75

3.4.3给定输入下的稳态误差计算76

3.4.4干扰作用下的稳态误差计算78

3.5 MATLAB在控制系统时域分析中的应用79

习题81

第4章 控制系统的根轨迹分析法83

4.1根轨迹的基本概念84

4.1.1根轨迹的概念84

4.1.2根轨迹与系统性能84

4.1.3根轨迹的幅值条件和相角条件85

4.2绘制根轨迹的基本法则86

4.3特殊根轨迹93

4.3.1广义根轨迹93

4.3.2零度根轨迹94

4.4系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系96

4.4.1用闭环零极点表示的阶跃响应解析式96

4.4.2闭环零极点分布与阶跃响应的定性关系97

4.4.3主导极点与偶极子97

4.5开环零极点的变化对根轨迹的影响99

4.5.1开环零点的变化对根轨迹的影响99

4.5.2开环极点的变化对根轨迹的影响101

4.6 MATLAB在根轨迹法中的应用103

习题105

第5章 控制系统的频域分析法107

5.1频率特性108

5.1.1频率特性的基本概念108

5.1.2频率特性的图形表示110

5.2控制系统的幅相特性图111

5.2.1典型环节的幅相特性图111

5.2.2开环幅相特性图的绘制115

5.3控制系统的对数频率特性图117

5.3.1典型环节的Bode图117

5.3.2开环系统的Bode图121

5.3.3最小相角系统和非最小相角系统123

5.4频域稳定判据125

5.4.1奈氏判据的数学基础125

5.4.2奈氏判据128

5.4.3对数频率稳定判据129

5.5稳定裕度131

5.5.1相角裕度131

5.5.2幅值裕度131

5.6频率特性分析134

5.6.1应用开环频率特性分析系统的性能134

5.6.2应用闭环频率特性分析系统的性能137

5.6.3开环频域指标和闭环频域指标的关系140

5.7 MATLAB在频域分析中的应用141

习题145

第6章 控制系统的校正147

6.1系统校正的基本概念148

6.1.1性能指标148

6.1.2系统带宽确定149

6.1.3校正方式149

6.1.4基本校正规律151

6.1.5校正方法154

6.2系统串联校正154

6.2.1串联超前校正154

6.2.2串联滞后校正158

6.2.3串联滞后-超前校正161

6.2.4串联校正的期望频率特性综合法164

6.3反馈校正165

6.3.1反馈校正的原理166

6.3.2反馈校正的特点166

6.3.3反馈校正装置的设计167

6.4复合校正169

6.4.1按扰动补偿的复合校正170

6.4.2按输入补偿的复合校正171

6.5 MATLAB在系统校正设计中的应用172

习题175

第7章 离散控制系统178

7.1离散控制系统的基本概念179

7.1.1采样控制系统179

7.1.2计算机控制系统179

7.2信号的采样和复现180

7.2.1采样过程180

7.2.2采样定理181

7.2.3零阶保持器183

7.3 z变换理论184

7.3.1 z变换定义184

7.3.2 z变换方法184

7.3.3 z变换性质186

7.3.4 z反变换187

7.4离散系统的数学模型189

7.4.1差分方程及其求解189

7.4.2脉冲传递函数191

7.4.3开环系统脉冲传递函数192

7.4.4闭环系统脉冲传递函数194

7.5离散系统的性能分析197

7.5.1离散系统的稳定性分析197

7.5.2离散系统的稳态误差201

7.5.3离散系统的动态性能203

7.6 MATLAB在离散系统分析中的应用205

习题209

习题答案211

参考文献226