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第1章 绪论1

1.1概述和基本概念1

1.1.1概述1

1.1.2基本概念1

1.2控制系统的工作原理及组成元件2

1.2.1控制系统的实例2

1.2.2反馈控制系统的构成3

1.3控制系统的基本类型5

1.3.1按系统的输入量特征分类5

1.3.2按系统的性能分类6

1.4对控制系统的基本要求、研究内容7

1.4.1基本要求7

1.4.2研究内容7

第2章 拉普拉斯变换10

2.1拉普拉斯变换定义及典型函数拉普拉斯变换10

2.1.1拉普拉斯变换的定义10

2.1.2典型函数的拉普拉斯变换10

2.2拉普拉斯变换定理14

2.2.1实微分定理14

2.2.2终值定理15

2.2.3初值定理15

2.2.4实积分定理16

2.2.5复微分定理16

2.2.6延时定理16

2.2.7位移定理17

2.2.8卷积定理17

2.3拉普拉斯反变换18

2.3.1概述18

2.3.2部分分式展开19

2.3.3含有多重极点的F（s）的部分分式展开20

2.3.4用MATLAB进行部分分式展开22

第3章 控制系统的数学模型25

3.1数学模型25

3.1.1引言25

3.1.2数学模型的性质25

3.1.3建模的方法和步骤26

3.1.4非线性微分方程的线性化26

3.2传递函数28

3.2.1传递函数的定义28

3.2.2传递函数的特点29

3.2.3典型环节的传递函数及实例29

3.3方块图35

3.3.1闭环系统的方块图及组成35

3.3.2开环传递函数和前向传递函数36

3.3.3闭环传递函数36

3.3.4扰动作用下的闭环系统37

3.3.5绘制方块图的步骤38

3.3.6方块图的简化39

3.3.7实例41

3.4典型物理系统的运动方程和传递函数46

3.4.1机械系统46

3.5.2电气系统49

3.5.3液压系统52

3.5.4液位系统54

第4章 时域响应59

4.1引言59

4.2一阶系统的时域响应59

4.2.1一阶系统的单位阶跃响应60

4.2.2一阶系统的单位斜坡响应61

4.2.3一阶系统的单位脉冲响应62

4.2.4响应之间的关系62

4.3二阶系统的时域响应62

4.3.1引言62

4.3.2二阶系统的单位阶跃响应63

4.3.3二阶系统的瞬态响应性能指标65

4.3.4二阶系统计算实例69

4.3.5二阶欠阻尼系统的非零初始条件下的响应72

4.3.6二阶欠阻尼系统的单位脉冲响应73

4.3.7二阶欠阻尼系统的单位斜坡响应74

4.4高阶系统的时域响应分析75

4.4.1高阶系统的数学模型75

4.4.2高阶系统的单位阶跃响应75

4.4.3控制系统时域响应的MATLAB计算77

4.5线性控制系统的稳定性78

4.5.1概述78

4.5.2稳定的概念79

4.5.3系统的稳定条件80

4.6劳斯—胡尔维茨稳定判据82

4.6.1劳斯稳定判据82

4.6.2应用劳斯判据时的特殊情况85

4.6.3胡尔维茨判据87

第5章 误差分析90

5.1概念和术语90

5.1.1系统的型和阶90

5.1.2开环增益和误差系数90

5.2偏差和误差概念及稳态误差理论91

5.2.1误差的定义91

5.2.2稳态误差计算理论92

5.2.3扰动作用下的稳态误差计算理论92

5.2.4系统稳态误差计算93

5.2.5稳态误差计算实例96

5.3动态误差系数98

第6章 频率响应分析101

6.1概述101

6.2频率特性101

6.2.1线性定常系统对正弦输入信号的稳态响应101

6.2.2频率特性的定义103

6.2.3频率特性的确定方法104

6.2.4频率特性的表示方法105

6.3系统的极坐标图107

6.3.1典型环节的极坐标图107

6.3.2开环系统的极坐标图——极坐标图的一般形式110

6.3.3用MATLAB作极坐标图112

6.4系统的对数坐标图113

6.4.1引言113

6.4.2典型环节的伯德图114

6.5系统开环的伯德图119

6.5.1系统开环伯德图绘制方法和步骤119

6.5.2最小相位系统和非最小相位系统121

6.5.3用MATLAB绘制伯德图123

6.6奈奎斯特稳定判据124

6.6.1理论关键点125

6.6.2奈奎斯特稳定判据的数学基础126

6.6.3映射定理在闭环系统稳定性分析中的应用128

6.6.4奈奎斯特稳定性判据129

6.6.5奈奎斯特稳定判据实例131

6.6.6复杂奈奎斯特图的稳定判据134

6.6.7基于逆极坐标的奈奎斯特稳定判据135

6.6.8伯德图上的奈奎斯特稳定判据136

6.7相对稳定性分析138

6.7.1系统的相对稳定性138

6.7.2相位裕量和增益裕量139

6.7.3补加说明及应用实例141

6.8闭环系统的频率特性144

6.8.1单位反馈系统的闭环频率响应144

6.8.2等幅值轨迹（M圆）145

6.8.3等相角轨迹（N圆）145

6.8.4等M圆和等N圆的应用147

6.8.5尼柯尔斯曲线147

6.8.6非单位反馈系统的闭环频率响应149

6.9频域指标与时域指标的关系149

6.9.1控制系统的性能指标149

6.9.2伯德图的形状对系统性能指标的影响151

第7章 控制系统设计与校正155

7.1概述155

7.1.1设计与校正的概念155

7.1.2性能指标156

7.1.3校正方法157

7.1.4校正方式158

7.2串联校正装置的结构和特性159

7.2.1超前校正装置159

7.2.2滞后校正装置161

7.2.3滞后—超前校正装置162

7.3基于频率响应法的串联校正设计164

7.3.1引言164

7.3.2串联超前校正166

7.3.3串联滞后校正168

7.3.4串联滞后—超前校正171

7.3.5三种校正装置的比较173

7.4反馈校正和复合校正173

7.4.1反馈校正173

7.4.2反馈校正设计176

7.4.3复合校正178

7.5 PID控制器及串联校正180

7.5.1引言180

7.5.2 PID有源校正装置180

7.5.3基于PID串联的设计方法183

附录 常用函数的拉普拉斯变换和Z变换表188

参考文献191