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第1章 自动控制原理概述1

1.1自动控制与自动控制系统1

1.2自动控制理论的发展2

1.3自动控制系统的组成框图和基本术语3

1.4自动控制系统的控制方式6

1.4.1开环控制系统6

1.4.2闭环控制系统7

1.5自动控制系统的分类10

1.5.1按照元件特性分类10

1.5.2按照信号传递方式分类11

1.5.3按照参考输入量变化规律分类12

1.5.4按照系统参数的变化特征分类12

1.5.5按照自动控制系统的功能分类12

1.6自动控制系统的性能指标13

1.6.1系统的稳定性13

1.6.2系统的动态性能指标14

1.6.3系统的稳态性能指标14

1.7自动控制系统的分析与设计15

1.7.1系统的分析15

1.7.2系统的设计15

本章小结16

习题及思考题17

第2章 自动控制系统的数学模型18

2.1自动控制系统的微分方程19

2.1.1线性系统微分方程建立的一般步骤19

2.1.2线性系统微分方程的建立举例19

2.2拉普拉斯变换21

2.2.1拉氏变换的定义21

2.2.2拉氏变换举例22

2.2.3拉氏变换的性质22

2.2.4拉氏反变换的性质24

2.3自动控制系统的传递函数27

2.3.1传递函数的基本概念27

2.3.2典型环节的传递函数30

2.4自动控制系统动态结构图及其等效变换33

2.4.1动态结构图的绘制33

2.4.2结构图的等效变换38

2.5反馈控制系统的传递函数42

2.5.1反馈控制系统传递函数的定义42

2.5.2系统对给定作用和扰动作用的闭环传递函数43

2.5.3系统对给定作用和扰动作用的误差传递函数43

2.6信号流图及梅逊公式44

2.6.1信号流图的基本概念44

2.6.2梅逊公式46

本章小结49

习题及思考题51

第3章 线性系统的时域分析法53

3.1时域分析基本概念53

3.2自动控制系统典型输入信号54

3.3一阶系统的时域分析56

3.3.1一阶系统的数学模型56

3.3.2一阶系统的单位阶跃响应57

3.3.3一阶系统的单位斜坡响应58

3.3.4一阶系统的单位脉冲响应58

3.3.5一阶系统的单位加速度响应59

3.4二阶系统的时域分析60

3.4.1二阶系统的数学模型60

3.4.2二阶系统的单位阶跃响应61

3.4.3二阶系统的单位阶跃响应性能指标65

3.5自动控制系统的稳定性分析70

3.5.1稳定性的基本概念70

3.5.2劳斯稳定性判据的方法73

3.6自动控制系统的稳态误差分析76

3.6.1系统稳态误差的定义76

3.6.2给定输入信号作用下的稳态误差78

3.6.3扰动信号作用下的稳态误差81

本章小结83

习题及思考题84

第4章 线性系统的根轨迹分析法86

4.1根轨迹的基本概念86

4.1.1根轨迹的定义86

4.1.2根轨迹方程88

4.2绘制根轨迹的规则90

4.3自动控制系统动态根轨迹的分析97

4.3.1闭环零、极点对系统动态性能的影响97

4.3.2利用根轨迹方法来改善系统的动态性能99

本章小结101

习题及思考题101

第5章 线性系统的频域分析法103

5.1频率特性的基本概念103

5.1.1频率特性的定义103

5.1.2频率特性的数学表示方式105

5.1.3频率特性的几何表示法108

5.2典型环节的频率特性110

5.2.1比例环节110

5.2.2积分环节111

5.2.3理想微分环节112

5.2.4惯性环节113

5.2.5一阶微分环节115

5.2.6振荡环节115

5.2.7延迟环节118

5.3自动控制系统的开环频率特性118

5.3.1系统开环幅相频率特性119

5.3.2系统开环对数频率特性曲线122

5.3.3最小相位系统与非最小相位系统127

5.4奈奎斯特稳定性判据129

5.4.1闭环系统的稳定性129

5.4.2奈奎斯特稳定性判据132

5.4.3伯德图上的稳定性判据135

5.5自动控制系统的稳定裕度137

5.5.1自动控制系统的稳定裕度的定义137

5.5.2自动控制系统的稳定性分析140

5.6闭环频率特性143

5.6.1闭环频率特性143

5.6.2闭环频率特性的指标与时域响应的关系144

5.6.3用频率特性分析系统的性能146

本章小结148

习题及思考题148

第6章 自动控制系统的校正151

6.1校正的基本概念151

6.2系统校正的方法152

6.2.1系统校正的根轨迹法152

6.2.2系统校正的频率响应法155

6.3自动控制系统的串联校正156

6.3.1超前校正156

6.3.2滞后校正161

6.3.3串联超前-滞后校正165

6.4反馈校正169

6.5复合校正173

6.5.1复合校正的基本概念173

6.5.2前馈补偿的复合校正173

6.6晶闸管直流调速系统工程设计方法177

6.6.1工程设计方法和步骤177

6.6.2典型Ⅰ型系统178

6.6.3典型Ⅱ型系统181

本章小结185

习题及思考题186

第7章Matlab在自动控制系统中的应用188

7.1 Matlab仿真软件简介188

7.1.1 Matlab的具体功能188

7.1.2 Matlab的语言特点189

7.2 Matlab仿真软件在自动控制原理中的应用190

7.2.1基本绘图命令190

7.2.2 Matlab在控制系统中的基础应用194

7.2.3利用Simulink进行控制系统的仿真198

7.2.4利用Matlab进行时域分析204

7.2.5利用Matlab进行根轨迹分析213

7.2.6利用Matlab进行绘图216

7.2.7利用Matlab进行频域分析218

参考文献228

附录 自动控制原理习题集及答案229