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第1章 自动控制的基本概念 1

1.1　概述 1

1.2　自动控制的基本原理 2

1.2.1　自动控制系统举例 2

1.2.2　自动控制系统的构成 4

1.3　控制系统的分类 6

1.3.1　按信号传递路径分类 6

1.3.2　按输入信号特征分类 7

1.3.3　按系统数学模型分类 8

1.3.4　按时间变量特性分类 9

1.3.5　按系统参数特性分类 9

1.4　对控制系统的性能要求 9

1.4.1　稳定性 10

1.4.2　动态性能指标 10

1.4.3　稳态误差 10

习题 11

第2章　控制系统数学模型的建立 13

2.1　概述 13

2.2　控制系统微分方程的建立 14

2.2.1　典型控制系统举例 15

2.2.2　非线性微分方程的线性化 22

2.3　传递函数 26

2.3.1　传递函数的概念 26

2.3.2　传递函数的性质 28

2.3.3　典型环节及其传递函数 29

2.4　控制系统的结构图 33

2.4.1　结构图的概念 33

2.4.2　控制系统结构图的建立 34

2.4.3　结构图的等效变换 37

2.5　控制系统的信号流图 43

2.5.1　信号流图的定义 44

2.5.2　由系统结构图绘制信号流图 45

2.5.3　用梅逊公式求传递函数 46

2.6　控制系统的传递函数 49

习题 52

第3章　时域分析法 57

3.1　概述 57

3.2　瞬态响应 58

3.2.1　典型输入信号 58

3.2.2　一阶系统的瞬态响应 60

3.2.3　二阶系统的瞬态响应 62

3.2.4　时域性能指标 66

3.2.5　瞬态响应分析 67

3.2.6　线性定常系统的重要特性 72

3.2.7　高阶系统的近似分析 72

3.3　稳定性 74

3.3.1　稳定性的基本概念 74

3.3.2　劳斯判据 78

3.3.3　赫尔维茨判据 83

3.4　稳态误差分析 85

3.4.1　稳态误差的概念 85

3.4.2　稳态误差的计算 86

3.4.3　降低稳态误差的主要措施 92

习题 93

第4章　根轨迹分析法 97

4.1　概述 97

4.2　根轨迹的概念 98

4.3　根轨迹的绘制 100

4.3.1　绘制根轨迹的基本规则 101

4.3.2　绘制根轨迹举例 110

4.4　广义根轨迹的绘制 114

4.4.1　参变量根轨迹的绘制 114

4.4.2　正反馈系统根轨迹的绘制 116

4.5　控制系统的根轨迹分析 118

4.5.1　性能指标在s平面上的表示 118

4.5.2　开环零、极点对根轨迹的影响 120

4.5.3　闭环零、极点分布与系统性能的关系 122

习题 125

第5章　频域分析法 128

5.1　概述 128

5.2　频率特性 129

5.2.1　频率特性的基本概念 129

5.2.2　频率特性的求取 130

5.3　频率特性的图示方法 132

5.3.1　极坐标图 132

5.3.2　对数坐标图 139

5.3.3　对数幅相图 148

5.4　频域稳定性判据 149

5.4.1 映射定理 149

5.4.2　奈奎斯特稳定判据 150

5.5　控制系统的稳定裕量 156

5.5.1　相角裕量 156

5.5.2　幅值裕量 157

5.5.3　稳定裕量的计算 158

5.6　控制系统的闭环频率特性 160

5.6.1 闭环频率特性曲线的绘制 160

5.6.2　闭环频域性能指标 165

5.7　频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系 165

5.7.1 开环频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系 166

5.7.2　闭环频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系 167

习题 170

第6章　线性控制系统的校正 173

6.1　概述 173

6.2　校正装置及其特性 175

6.2.1　无源校正装置 175

6.2.2　有源校正装置 180

6.2.3　PID调节器 182

6.3　串联校正 183

6.3.1　串联超前校正 184

6.3.2　串联滞后校正 186

6.3.3　串联滞后-超前校正 189

6.4　反馈校正 192

6.4.1　反馈校正的原理及特点 192

6.4.2　反馈校正及其参数确定 193

习题 196

第7章　离散控制系统 199

7.1　概述 199

7.2　采样过程与采样定理 201

7.2.1　采样过程及其数学描述 201

7.2.2　采样定理 203

7.2.3　信号的恢复 205

7.3　Z变换理论 207

7.3.1　Z变换定义 207

7.3.2　Z变换方法 208

7.3.3　Z变换的性质 212

7.3.4　Z反变换方法 214

7.4　离散控制系统的数学描述 216

7.4.1　线性常系数差分方程 216

7.4.2　脉冲传递函数 218

7.5　离散控制系统的分析与设计 228

7.5.1　稳定性分析 228

7.5.2　瞬态响应 231

7.5.3　稳态误差 232

7.5.4　最少拍设计 235

习题 237

第8章　非线性控制系统 240

8.1　概述 240

8.2　非线性系统的特点 241

8.2.1　典型非线性特性 241

8.2.2　非线性系统的运动特点 242

8.3　相平面分析法 244

8.3.1　相平面的基本概念 244

8.3.2　相平面图的绘制方法 245

8.3.3　奇点和极限环 249

8.3.4　相平面分析举例 252

8.4　描述函数分析法 258

8.4.1　描述函数的基本概念 258

8.4.2　典型非线性特性的描述函数 259

8.4.3　用描述函数法分析非线性系统 266

习题 273

附录 275

附录A MATLAB简介 275

A.1 MATLAB的工作界面 275

A.2 MATLAB的程序设计基础 276

A.2.1　语句、变量和MATLAB的基本运算 276

A.2.2　矩阵和向量 282

A.2.3　M文本文件 284

A.2.4　图形 286

A.2.5 MATLAB控制系统工具箱函数介绍 289

A.3　MATLAB程序设计实例 291

附录B　部分习题参考答案 295

参考文献 302