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1绪论 1

1.1引言 1

1.2自动控制的基本概念 3

人工控制与自动控制 3

开环控制系统 4

闭环控制系统 6

自动控制系统的特征和定义 7

1.3自动控制系统的组成 8

基本组成部分 8

自动控制系统中常用的名词术语 8

1.4自动控制系统的分类 9

按输入信号的特征分类 9

按描述元件的动态方程分类 10

按信号的传递是否连续分类 10

按系统的参数是否随时间而变化分类 10

1.5自动控制系统的应用实例 10

蒸汽机转速自动控制系统 10

炉温自动控制系统 11

导弹发射架的方位控制系统 12

船舶随动舵的控制系统 13

火炮、雷达天线的方位控制系统 14

1.6对自动控制系统的基本要求及本课程的研究内容 15

对自动控制系统的基本要求 15

本课程的研究内容 16

1.7计算机辅助设计与仿真工具MATLAB软件简介 16

MATLAB的操作界面简介 18

MATLAB中的命令和函数 19

MATLAB中的常量和变量 21

MATLAB中的运算符 21

绘制响应曲线 24

SIMULINK简介 25

本章小结 29

习题 29

2自动控制系统的数学模型 32

2.1控制系统的微分方程 32

线性元件的微分方程 32

微分方程的增量化表示 35

非线性微分方程的线性化 36

线性系统微分方程的编写 36

2.2传递函数 38

传递函数的概念和定义 38

用复数阻抗法求电网络的传递函数 41

关于传递函数的几点说明 44

2.3控制系统的结构图及其等效变换 50

结构图的基本概念 50

结构图的组成和建立 51

2.4自动控制系统的传递函数 59

系统的开环传递函数 59

闭环系统的传递函数 59

闭环系统的偏差传递函数 60

2.5信号流图 61

信号流图采用的一些符号及术语 62

信号流图的等效变换法则 62

梅逊公式及其应用举例 64

本章小结 66

习题 66

3自动控制系统的时域分析 71

3.1稳定性和代数稳定判据 71

稳定的概念和线性系统稳定的充要条件 71

劳斯稳定判据 72

劳斯稳定判据的应用 74

3.2典型输入信号和阶跃响应性能指标 79

典型输入信号 80

阶跃响应性能指标 81

3.3一阶系统的动态性能指标 82

一阶系统的瞬态响应 82

一阶系统的动态性能指标 84

3.4二阶系统的动态性能指标 84

二阶系统的瞬态响应 84

二阶系统的动态性能指标 89

二阶系统动态性能指标与系统参数的关系 93

3.5高阶系统的时域分析 99

闭环系统主导极点 99

高阶系统的主导极点分析 100

3.6稳态误差分析 101

稳态误差的定义 101

控制系统的型别 102

给定输入信号作用下系统的稳态误差 103

扰动输入作用下系统的稳态误差 106

提高稳态精度的措施 109

3.7控制系统时域分析的MATLAB实现 112

控制系统单位阶跃响应 112

控制系统单位冲激响应 115

系统在其他输入下控制系统时域响应 116

应用Simulink分析系统的时域响应 119

本章小结 121

习题 121

4自动控制系统的根轨迹分析法 126

4.1根轨迹分析法概述 126

根轨迹的概念 126

绘制根轨迹的相角条件和辐值条件 127

4.2根轨迹的绘制方法 129

根轨迹的分支数 129

根轨迹的连续性和对称性 129

根轨迹的起点（k＝0）和终点（k＝∝） 129

实轴上的根轨迹 129

根轨迹的渐近线 130

根轨迹的分离点 131

根轨迹的起始角与终止角 132

根轨迹与虚轴的交点 133

4.3根轨迹分析在MATLAB中的实现 138

绘制系统零极点图的函数pzmap（） 138

绘制系统根轨迹的函数rlocus（） 139

求取根轨迹上指定点处的增益函数rolcfind（） 142

本章小结 143

习题 144

5自动控制系统的频率特性分析法 147

5.1频率特性的基本概念 147

频率特性的定义 147

频率特性的求取方法 150

频率特性的图示方法 151

5.2典型环节的频率特性 155

比例环节 155

积分环节 156

微分环节 157

惯性环节 158

一阶微分环节 160

振荡环节 161

二阶微分环节 163

延迟环节 164

非最小相位环节 165

5.3系统的开环频率特性 166

系统开环幅相频率特性的绘制 167

系统开环对数频率特性的绘制 170

5.4奈奎斯特稳定判据 177

辅助函数和奈奎斯特稳定判据 177

奈奎斯特稳定判据在Ⅰ型和Ⅱ型中的应用 179

在伯德图上判别闭环系统的稳定性 184

多回路系统的稳定性分析 185

5.5稳定裕度 186

相角裕度 186

幅值裕度 187

5.6利用开环频率特性分析系统性能 190

L（ω）低频渐近线与系统稳态误差的关系 190

L（ω）中频段的斜率与系统稳定性的关系 192

开环频率特性和系统动态性能的关系 195

L（ω）的高频段对系统性能的影响 199

结论 200

本章小结 200

习题 201

6自动控制系统的校正 205

6.1自动控制系统性能改善概述 205

自动控制系统校正的概念 205

校正的实质 205

校正方案的确定 206

系统性能指标的确定 207

6.2提高系统准确性的校正方法 207

引入输入补偿方法 207

引入扰动补偿方法 208

6.3改善系统动态性能的校正方法 208

引入速度负反馈的系统校正方法 208

引入串联校正装置的系统校正方法 209

反馈校正方法 222

6.4PID调节器 225

PID的基本控制作用 225

PID控制器的参数确定 228

6.5MATLAB在系统稳定性分析中的应用 230

根据闭环系统的极点（特征根）判定系统的稳定性 230

利用根轨迹判断系统的稳定性 231

利用频率特性判定系统的稳定性 232

计算相角裕度和幅值裕度 234

本章小结 235

习题 236

附录 238

附录Ⅰ 常用函数拉氏变换表 238

附录Ⅱ 拉氏变换的一些定理 239

附录Ⅲ MATLAB函数命令索引表 240