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第1章 绪论 1

1.1控制系统的示例 2

1.2自动控制系统的基本形式 5

1.3对控制系统性能的基本要求 8

1.4自动控制理论的发展简史 10

习题 11

第2章 控制系统的数学描述 13

2.1引言 14

2.2微分方程描述方法 15

2.2.1描述运动的微分方程 15

2.2.2非线性方程的线性化 17

2.2.3从原始方程组推导微分方程 18

2.2.4离散时间系统的运动方程 20

2.3求解微分方程的拉普拉斯变换方法 20

2.3.1拉普拉斯变换及性质 20

2.3.2逆拉普拉斯变换 24

2.3.3用拉普拉斯变换解微分方程 25

2.3.4运动模态 27

2.4传递函数描述方法 28

2.4.1传递函数 28

2.4.2传递函数的极点与零点 31

2.4.3极点与零点的对消 33

2.5闭环系统的传递函数 35

2.5.1框图 35

2.5.2闭环系统的传递函数 40

2.5.3信号流图 43

2.6基本单元 45

2.7卫星通信天线定位系统 49

2.8锅炉水位控制系统 56

2.9本章小结 59

习题 59

第3章 线性控制系统的运动 64

3.1引言 65

3.2线性系统的典型时间响应 65

3.2.1控制系统的典型输入 65

3.2.2典型输出响应 67

3.3稳定性和劳斯判据 68

3.3.1运动的稳定性 68

3.3.2线性系统的稳定性 69

3.3.3劳斯判据 71

3.4稳定系统响应的性能指标 75

3.4.1稳态误差 75

3.4.2扰动作用下的稳态误差 79

3.4.3瞬态响应指标 80

3.4.4误差积分指标 81

3.5一阶系统响应的分析 83

3.6二阶系统响应的分析 86

3.6.1标准二阶系统的阶跃响应 86

3.6.2标准二阶系统的瞬态响应指标 89

3.6.3标准二阶系统的冲激响应 92

3.6.4具有微分作用的二阶系统 93

3.7高阶系统的运动 95

3.7.1高阶系统的二阶近似 95

3.7.2高阶系统运动特性的一般特征 97

3.8卫星天线控制系统的运动分析 98

3.9本章小结 101

习题 101

第4章 频率响应法 106

4.1引言 107

4.2频率特性函数 107

4.3频率特性函数的图像 109

4.3.1伯德图 109

4.3.2极坐标图 122

4.3.3尼柯尔斯图 127

4.4奈奎斯特稳定性判据及其应用 128

4.4.1奈奎斯特稳定性判据 128

4.4.2奈奎斯特稳定性判据应用举例 130

4.4.3控制系统的稳定裕度 138

4.5闭环频率特性 142

4.5.1闭环频率特性的特点 142

4.5.2绘制闭环频率特性的常用工具图 143

4.6开环频率特性与闭环系统响应的关系 147

4.7卫星天线控制系统的频率特性 151

4.8本章小结 152

习题 153

第5章 控制系统的频域校正 158

5.1引言 159

5.2校正的基本概念 159

5.3超前校正 161

5.3.1超前校正的性质和作用 161

5.3.2设计示例 164

5.4滞后校正 168

5.4.1滞后校正的性质和作用 168

5.4.2设计示例 170

5.5超前滞后校正 172

5.5.1超前滞后校正的性质和作用 172

5.5.2设计示例 173

5.6比例积分微分校正 178

5.6.1比例积分微分校正作用 178

5.6.2比例积分微分校正的参数整定 180

5.6.3设计示例 183

5.7采用预期开环频率特性的设计 185

5.7.1典型四阶开环模型 186

5.7.2设计示例 187

5.8本章小结 189

习题 190

第6章 根轨迹方法及控制系统的校正 193

6.1引言 194

6.2根轨迹的基本概念及绘制 196

6.2.1根轨迹 196

6.2.2闭环零点、极点与开环零点、极点的关系 197

6.2.3根轨迹的幅值条件和幅角条件 198

6.2.4计算机辅助绘制根轨迹 199

6.3根轨迹的基本性质 200

6.4根轨迹方法应用示例 212

6.4.1条件稳定系统 212

6.4.2增加极点或零点对根轨迹的影响 213

6.4.3参数根轨迹和根轨迹族 215

6.4.4延时系统 218

6.5常用串联校正装置的性质 222

6.5.1超前校正装置 222

6.5.2滞后校正装置 224

6.5.3超前滞后校正装置 226

6.6超前校正 226

6.6.1超前校正的基本设计方法 227

6.6.2设计示例 229

6.7滞后校正 233

6.7.1滞后校正的基本设计方法 233

6.7.2设计示例 235

6.8超前滞后校正 237

6.8.1超前滞后校正的一般设计方法 237

6.8.2设计示例 237

6.9本章小结 240

习题 241

第7章 多回路控制策略 245

7.1引言 246

7.2单回路控制系统中存在的问题 246

7.2.1扰动特性 247

7.2.2扰动进入点的影响 250

7.2.3调节器增益变化的影响 251

7.2.4小结 254

7.3串级控制 254

7.3.1串级控制的优点 254

7.3.2串级控制的设计原则与实施中的问题 262

7.3.3小结 267

7.4补偿控制 268

7.4.1扰动不变性原理和双通道原理 268

7.4.2前馈补偿控制 269

7.4.3前馈补偿调节器 271

7.4.4锅炉水位控制系统 273

7.4.5大滞后对象的补偿控制 276

7.4.6小结 277

7.5他励直流电机调速系统 277

7.5.1转速负反馈单回路直流调速系统 278

7.5.2转速-电流双回路直流调速系统 281

7.5.3设计示例 287

7.5.4小结 290

7.6双变量系统的解耦控制 290

7.6.1减少双变量系统稳态相互作用的策略 291

7.6.2采用前馈补偿实现解耦控制 294

7.6.3实现解耦控制的对角矩阵法 296

7.6.4小结 300

7.7本章小结 301

习题 302

第8章 线性离散控制系统 305

8.1引言 306

8.2采样与保持 307

8.2.1采样过程 307

8.2.2理想采样过程 310

8.2.3保持器 312

8.2.4 A／D转换器和D／A转换器 316

8.2.5小结 317

8.3 z变换 317

8.3.1时间函数的z变换 318

8.3.2 z变换的性质 322

8.3.3 z反变换 327

8.3.4小结 331

8.4离散控制系统的数学模型 331

8.4.1差分方程及其求解 331

8.4.2脉冲传递函数 335

8.4.3闭环系统的脉冲传递函数 340

8.4.4小结 343

8.5离散系统的稳定性分析 343

8.5.1 s平面与z平面之间的映射 343

8.5.2 z平面上的稳定性分析 345

8.5.3双线性变换 350

8.5.4 w平面上的稳定性分析 351

8.5.5小结 353

8.6离散控制系统的时间响应 354

8.6.1闭环极点与冲激响应的关系 354

8.6.2离散系统的瞬态响应指标 357

8.6.3离散系统的稳态响应 359

8.6.4修正的z变换 361

8.6.5小结 367

8.7本章小结 367

习题 368

第9章 离散控制系统的校正综合 327

9.1引言 373

9.2连续部件离散化的几种近似方法 374

9.2.1冲激响应不变法 374

9.2.2零阶保持器近似法 376

9.2.3极零匹配映射法 377

9.2.4后向差分法 379

9.2.5梯形积分法 381

9.2.6小结 385

9.3等效模拟校正设计方法 386

9.3.1离散系统的两类校正设计方法 386

9.3.2数字控制器的等效模拟校正设计 387

9.3.3数字PID控制器 390

9.3.4数字控制器的编程实现 398

9.3.5小结 400

9.4直接数字校正设计方法 400

9.4.1数字控制器的直接设计 401

9.4.2数字控制器的解析设计 405

9.4.3最小时间响应 408

9.4.4达林算法 418

9.4.5小结 421

9.5本章小结 421

习题 422

名词索引 425

参考文献 431