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第1章 绪论 1

1.1 自动控制理论的发展概述 1

1.2 控制系统工作原理 2

1.3 自动控制系统的类型 5

1.3.1 按信号流向划分 5

1.3.2 按输入信号的特征分类 6

1.3.3 按描述元件的动态方程分类 6

1.3.4 按信号的传递是否连续分类 6

1.3.5 按系统的参数是否随时间变化分类 7

1.4 自动控制系统的基本要求 7

1.4.1 稳定性 7

1.4.2 快速性 8

1.4.3 稳态性能 8

1.5 小结 8

1.6 习题 9

第2章 线性控制系统的运动方程及模型 12

2.1 控制系统的时域数学模型 13

2.1.1 线性系统微分方程的建立 13

2.1.2 线性系统的重要特征 16

2.1.3 非线性微分方程的线性化 16

2.1.4 运动的模态 17

2.2 控制系统的传递函数 17

2.2.1 传递函数的概念 17

2.2.2 关于传递函数的几点说明 19

2.2.3 典型环节及其传递函数 22

2.3 控制系统的结构图（框图） 25

2.3.1 结构图的组成和建立 26

2.3.2 结构图的等效变换和简化 27

2.3.3 典型闭环控制系统的结构图及其传递函数 34

2.4 信号流图 35

2.4.1 信号流图的概念 36

2.4.2 梅森公式 38

2.5 小结 39

2.6 习题 39

第3章 线性系统的时域和频域分析方法 44

3.1 线性系统的时域分析法 45

3.1.1 典型输入信号 45

3.1.2 线性系统的时域分析 48

3.1.3 二阶系统的瞬态性能指标 53

3.2 线性系统的根轨迹分析法 57

3.2.1 根轨迹的概念 58

3.2.2 幅值条件和相角条件 59

3.2.3 绘制根轨迹的基本法则 62

3.2.4 根轨迹法分析系统的性能 73

3.2.5 增加开环零极点对根轨迹的影响 75

3.2.6 增加开环偶极子对根轨迹的影响 76

3.3 线性系统的频域分析法 78

3.3.1 频率特性的基本概念 79

3.3.2 频率特性的图示方法 81

3.3.3 典型环节的频率特性 83

3.3.4 系统的开环频率特性 92

3.3.5 最小相位系统、非最小相位系统 98

3.4 小结 98

3.5 习题 99

第4章 闭环控制系统的稳定性分析 104

4.1 稳定性和劳斯判据 104

4.1.1 稳定性的基本概念 104

4.1.2 线性系统稳定的充要条件 104

4.1.3 劳斯稳定判据 106

4.1.4 劳斯判据的应用 108

4.2 辐角定理和奈奎斯特稳定判据 110

4.2.1 辐角定理 110

4.2.2 奈奎斯特稳定判据 111

4.2.3 奈奎斯特稳定判据的应用 113

4.3 伯德图的稳定性分析 118

4.4 基于频率特性的性能分析与优化 122

4.4.1 幅值裕度 123

4.4.2 相角裕度 123

4.4.3 利用开环频率特性分析系统性能 128

4.5 控制系统的闭环频率特性 134

4.5.1 用向量法求闭环频率特性 135

4.5.2 等M圆图和等N圆图 135

4.5.3 尼柯尔斯图 138

4.5.4 利用闭环幅频特性分析和估算系统的性能 140

4.6 小结 143

4.7 习题 143

第5章 闭环控制系统的误差分析 147

5.1 稳态误差分析 147

5.1.1 稳态误差的定义 148

5.1.2 控制系统的型别 149

5.1.3 给定输入作用下系统的稳态误差 149

5.1.4 扰动输入作用下系统的稳态误差 153

5.2 稳态误差与对数幅频特性曲线的关系 155

5.2.1 稳态位置误差系数的确定 155

5.2.2 稳态速度误差系数的确定 156

5.2.3 稳态加速度误差系数的确定 156

5.2.4 降低稳态误差的方法 157

5.3 小结 159

5.4 习题 159

第6章 自动控制系统的校正 163

6.1 控制系统校正的基本概念 164

6.1.1 校正方式 164

6.1.2 性能指标 165

6.1.3 设计方法 165

6.1.4 基本控制规律 166

6.2 串联校正装置及其特性 170

6.3 串联校正的设计 178

6.3.1 串联校正的频域法设计 178

6.3.2 串联校正的根轨迹法设计 186

6.3.3 串联校正的期望对数频率特性设计法 192

6.4 反馈校正的设计 196

6.4.1 反馈校正装置对系统特性的影响 196

6.4.2 反馈校正装置的设计方法 197

6.4.3 反馈校正的特点 200

6.5 复合控制校正 202

6.6 小结 205

6.7 习题 205

第7章 控制系统实例 209

7.1 直流电动机的控制 209

7.1.1 电枢控制 209

7.1.2 磁场控制 210

7.1.3 直流电动机的反馈控制 210

7.2 楼宇电梯的拖动控制系统 212

7.3 分体单冷空调自动控制系统 213

7.3.1 分体单冷空调的基本工作原理 213

7.3.2 分体单冷空调自动控制系统结构 213

7.4 锅炉设备的控制 214

7.4.1 汽包水位控制 214

7.4.2 蒸汽过热系统的控制 215

7.4.3 锅炉燃烧过程的控制 216

7.5 青霉素发酵过程MLS-SVM逆系统内模控制 219

7.6 液压控制系统 226

7.6.1 液压控制系统的建模过程 226

7.6.2 液压基本元件的数学描述 226

7.6.3 液压位置控制系统的建模 227

7.6.4 液压速度控制系统建模 230

附录 233

附录A 拉普拉斯变换 233

A.1 拉普拉斯变换的定义 233

A.2 拉普拉斯变换的基本性质 234

A.3 拉普拉斯反变换 240

附录B MATLAB在控制系统中的应用 245

B.1 用MATLAB建立传递函数模型 245

B.2 利用MALTAB进行时域分析 251

附录C 部分重要术语 273

附录D 部分习题答案 275

参考文献 282