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第一章 引论1

1.1自动控制的基本原理1

1.1.1自动控制和自动控制系统1

1.1.2自动控制系统的工作原理1

1.1.3自动控制系统的基本控制方式2

1.2自动控制系统示例3

1.2.1液位控制系统3

1.2.2温度控制系统3

1.2.3转速自动调节系统4

1.2.4自整角机位置随动系统5

1.2.5热工水温控制系统5

1.3自动控制系统的类型6

1.3.1按控制方式分类6

1.3.2按执行部件分类6

1.3.3按系统信号特性分类6

1.3.4按控制参量分类7

1.3.5按系统性能分类7

1.3.6按输入量变化规律分类8

1.4自动控制系统的基本要求8

1.5自动控制系统的术语和定义9

习题一11

第二章 控制系统数学模型12

2.1控制系统时域数学模型12

2.1.1电路元件微分方程12

2.1.2弹簧-质量-阻尼器系统的微分方程14

2.1.3机械传动系统的微分方程16

2.1.4直流电动机电枢控制方式微分方程16

2.1.5控制系统微分方程的列写步骤18

2.2控制系统的复数域数学模型20

2.2.1传递函数20

2.2.2传递函数的几种表达形式21

2.2.3传递函数的性质23

2.3典型环节的数学模型24

2.3.1典型元件的传递函数24

2.3.2最小相位环节和非最小相位环节传递函数29

2.3.3各环节间负载效应30

2.4控制系统结构图31

2.4.1结构图的组成和绘制31

2.4.2结构图的等效变换和简化规则33

2.4.3结构图的化简38

2.5控制系统的信号流图41

2.5.1信号流图的组成及术语41

2.5.2信号流图的性质42

2.5.3信号流图的绘制和化简42

2.5.4梅逊（Mason）公式43

2.6闭环系统的传递函数47

2.6.1系统的开环传递函数47

2.6.2系统的闭环传递函数48

习题二49

第三章 控制系统时域分析法55

3.1系统时域性能指标55

3.1.1典型输入信号55

3.1.2时域性能指标58

3.2一阶系统时域分析59

3.2.1一阶系统数学模型59

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应60

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应61

3.2.4一阶系统的单位斜坡（速度）响应62

3.2.5一阶系统的单位抛物线（加速度）响应63

3.3二阶系统的时域分析64

3.3.1二阶系统的数学模型64

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应66

3.3.3二阶系统动态性能指标计算69

3.3.4二阶系统的单位斜坡响应75

3.3.5改善二阶系统动态性能的措施76

3.4高阶系统的时域分析80

3.4.1高阶系统单位阶跃响应80

3.4.2闭环主导极点81

3.5线性系统的稳定性分析82

3.5.1稳定性的基本概念82

3.5.2线性系统稳定的充分必要条件83

3.5.3劳斯稳定判据84

3.5.4劳斯稳定判据的应用87

3.6线性系统的稳态误差计算89

3.6.1误差与稳态误差90

3.6.2终值定理法计算稳态误差91

3.6.3静态误差系数法计算稳态误差91

3.6.4扰动信号作用下的稳态误差分析95

3.6.5减小或消除稳态误差的措施97

习题三100

第四章 控制系统的根轨迹法104

4.1根轨迹的基本概念104

4.1.1根轨迹的涵义104

4.1.2根轨迹与系统性能分析106

4.1.3闭环零、极点与开环零、极点之间的关系106

4.1.4根轨迹的条件107

4.2常规根轨迹的绘制法则109

4.3广义根轨迹129

4.3.1参数根轨迹129

4.3.2零度根轨迹133

4.4根轨迹系统性能分析135

4.4.1条件稳定系统的分析135

4.4.2闭环零、极点和系统的瞬态性能分析136

4.4.3开环零、极点对根轨迹形状的影响137

习题四138

第五章 控制系统的频域分析141

5.1频率特性的定义及表示形式141

5.2典型环节的幅相频率特性142

5.2.1基本概念142

5.2.2幅相频率特性曲线142

5.3典型环节的对数频率特性146

5.3.1半对数坐标146

5.3.2对数频率特性148

5.4开环系统的幅相频率特性曲线绘制153

5.5开环系统对数频率特性曲线绘制161

5.5.1对数频率特性曲线绘制方法161

5.5.2最小相位系统与非最小相位系统164

5.6奈奎斯特稳定判据165

5.6.1理论基础166

5.6.2稳定判据170

5.6.3开环传递函数中含有积分环节和等幅振荡环节时的奈氏稳定判据应用172

5.7对数频率稳定判据175

5.7.1开环幅相特性与对数频率特性之间的关系175

5.7.2稳定判据176

5.8频域稳定裕度177

5.9用频率特性分析系统品质181

5.9.1闭环频率特性及其特征量181

5.9.2频域性能指标与时域性能指标的关系182

5.10系统传递函数的实验法187

习题五189

第六章 控制系统的校正194

6.1系统设计与校正问题194

6.1.1系统的性能指标194

6.1.2系统的校正方式196

6.1.3基本控制规律197

6.2常用校正装置及其特性199

6.2.1超前校正装置199

6.2.2滞后校正装置202

6.2.3滞后-超前校正装置205

6.3串联校正210

6.3.1串联超前校正211

6.3.2串联滞后校正214

6.3.3串联滞后-超前校正217

6.4并联校正220

6.4.1并联校正原理220

6.4.2并联校正设计221

习题六224

第七章 线性离散系统的分析228

7.1离散系统的基本概念228

7.1.1采样控制系统228

7.1.2数字控制系统230

7.1.3离散控制系统特点232

7.2信号采样与保持232

7.2.1信号的采样232

7.2.2信号保持236

7.3 Z变换238

7.3.1 Z变换的定义238

7.3.2 Z变换的方法238

7.3.3 Z变换的基本性质241

7.3.4 Z反变换243

7.4离散系统的数学模型245

7.4.1线性常系数差分方程及其解法245

7.4.2脉冲传递函数247

7.4.3开环系统脉冲传递函数248

7.4.4闭环系统脉冲传递函数250

7.5离散系统的稳定性和稳态误差252

7.5.1s域到z域的映射252

7.5.2线性定常离散系统稳定的充分必要条件252

7.5.3离散系统的稳定性判据254

7.5.4离散系统的稳态误差255

7.6离散系统的动态性能分析258

7.6.1离散系统的时间响应258

7.6.2采样器和保持器对动态性能的影响260

习题七260

附录A拉氏变换和拉氏反变换263

附录B MATLAB系统与常用函数268