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第1章 绪论 1

1．1 自动控制系统的基本原理 1

1．1．1 控制系统举例 1

1．1．2 反馈控制系统的构成 4

1．2 自动控制系统的分类 5

1．2．1 按控制系统有无反馈来分 5

1．2．2 按控制作用的特点来分 6

1．3 控制理论发展简史 6

1．4 本课程的教学方法 7

习题 8

第2章 控制系统的数学模型 10

2．1 控制系统的微分方程 10

2．1．1 线性系统与非线性系统 10

2．1．2 线性系统微分方程的列写 11

2．1．3 系统非线性微分方程的线性化 12

2．2 传递函数 15

2．2．1 传递函数的定义 15

2．2．2 传递函数的主要特点 15

2．3 系统的方框图及其联接 16

2．3．1 控制系统的基本联接方式 16

2．3．2 扰动作用下的闭环控制系统 18

2．3．3 方框图的绘制 18

2．3．4 方框图的变换 19

2．3．5 方框图的简化 20

2．4 典型环节的传递函数 21

本章小结 30

习题 31

第3章 时间响应分析 33

3．1 时间响应的基本概念 33

3．1．1 概念 33

3．1．2 时间响应的组成 34

3．1．3 典型输入信号 34

3．2 一阶系统的时间响应 37

3．2．1 一阶系统的单位阶跃响应 37

3．2．2 一阶系统的单位脉冲响应 39

3．2．3 一阶系统的单位斜坡响应 39

3．2．4 线性定常系统时间响应的性质 39

3．3 二阶系统的时间响应 40

3．3．1 二阶系统的单位阶跃响应 42

3．3．2 二阶系统的单位脉冲响应 45

3．4 瞬态响应的性能指标 46

3．5 误差分析与计算 51

3．5．1 基本概念 51

3．5．2 稳态误差的计算 53

3．5．3 输入信号作用下的稳态误差与系统的关系 54

3．5．4 干扰引起的稳态误差和系统的总误差 56

本章小结 57

习题 58

第4章 频率特性分析 61

4．1 频率特性的基本概念 61

4．1．1 频率响应和频率特性 61

4．1．2 频率特性的求取方法 62

4．2 频率特性的图示法 62

4．2．1 频率特性的极坐标图 62

4．2．2 频率特性的对数坐标图 62

4．3 典型环节的频率特性 63

4．3．1 比例环节 63

4．3．2 惯性环节 64

4．3．3 积分环节 66

4．3．4 微分环节 67

4．3．5 振荡环节 67

4．3．6 延迟环节 70

4．3．7 一阶超前环节 71

4．3．8 二阶微分环节 72

4．4 系统的频率特性 72

4．4．1 系统的开环Bode图的绘制 72

4．4．2 系统开环Nyquist图的绘制 74

4．5 最小相位系统 75

4．5．1 最小相位系统的定义 75

4．5．2 最小相位系统的特点 75

4．6 频域性能指标 76

4．6．1 闭环频率特性 76

4．6．2 频率特性的特征量 77

4．6．3 二阶系统的频域性能指标 77

4．7 频率实验法估计系统的数学模型 78

4．7．1 频率实验法一般步骤 78

4．7．2 举例 78

本章小结 80

习题 81

第5章 系统的稳定性 82

5．1 系统稳定的条件 82

5．1．1 稳定性的概念 82

5．1．2 系统稳定的充要条件 83

5．2 Routh-Hurwitz稳定判据 84

5．2．1 Hurwitz稳定判据 84

5．2．2 Routh稳定判据 86

5．2．3 特殊情况 87

5．3 奈奎斯特稳定判据 89

5．3．1 理论基础 89

5．3．2 Nyquist稳定判据 93

5．3．3 应用举例 94

5．4 稳定性裕量 102

5．4．1 相位裕量 103

5．4．2 幅值裕量 103

5．4．3 几点说明 104

本章小结 105

习题 106

第6章 系统的综合与校正 109

6．1 概述 109

6．1．1 控制系统的性能指标 109

6．1．2 控制系统的校正 111

6．1．3 设计准则 112

6．2 串联校正 113

6．2．1 相位超前校正 113

6．2．2 相位滞后校正 114

6．2．3 相位滞后—超前校正 115

6．3 PID控制器 116

6．3．1 PD控制器 116

6．3．2 PI控制器 121

6．3．3 PID控制器 126

6．4 反馈和顺馈校正 129

6．4．1 利用反馈校正改变局部结构、参数 130

6．4．2 利用反馈校正取代局部结构 131

6．4．3 顺馈校正 131

本章小结 132

习题 132

第7章 采样控制系统 137

7．1 概述 137

7．2 采样过程及采样定理 138

7．2．1 采样过程 138

7．2．2 采样定理 140

7．3 保持器 142

7．3．1 信号的恢复 142

7．3．2 零阶保持器 142

7．3．3 一阶保持器 143

7．4 采样系统的数学模型 145

7．4．1 差分方程 145

7．4．2 脉冲传递函数 147

7．5 采样系统的稳定性分析 155

7．5．1 采样系统稳定的条件 155

7．5．2 代数判据 155

7．5．3 采样系统的稳态误差 158

7．5．4 采样系统的动态性能分析 160

7．5．5 采样系统的校正 165

本章小结 169

习题 170

第8章 控制系统的MATLAB分析与设计 174

8．1 MATLAB简介 174

8．1．1 引言 174

8．1．2 表达式及变量 175

8．1．3 矩阵 178

8．1．4 绘图 185

8．2 SISO系统的数学描述 188

8．2．1 传递函数 188

8．2．2 控制系统的零极点模型 190

8．2．3 传递函数的特征根及零极点图 191

8．2．4 控制系统的方框图模型 192

8．3 SISO系统的MATLAB分析 195

8．3．1 控制系统的时域响应 195

8．3．2 控制系统的频域响应 200

8．3．3 控制系统的稳定性 203

8．4 SISO系统的MATLAB设计 207

8．4．1 相位超前校正 207

8．4．2 相位滞后校正 210

8．4．3 相位滞后—超前校正 213

8．4．4 PID校正 215

8．5 采样控制系统设计 218

本章小结 220

习题 221

附录A 拉普拉斯变换 223

A．1 拉普拉斯变换 223

A．1．1 拉普拉斯变换的定义 223

A．1．2 典型时间函数的拉氏变换 223

A．2 拉普拉斯变换定理 226

A．2．1 线性定理 226

A．2．2 平移定理 226

A．2．3 微分定理 227

A．2．4 积分定理 228

A．2．5 终值定理 229

A．2．6 初值定理 230

A．2．7 卷积定理 230

A．3 拉普拉斯反变换 231

A．3．1 拉普拉斯反变换 231

A．3．2 部分分式展开法 231

附录B z变换 235

B．1 z变换的定义 235

B．2 z变换法 236

B．2．1 级数求和法 236

B．2．2 部分分式法 237

B．3 z变换的基本定理 238

B．3．1 线性定理 238

B．3．2 实数位移定理 238

B．3．3 复数位移定理 239

B．3．4 初值定理 239

B．3．5 终值定理 239

B．3．6 卷积定理 239

B．4 z反变换 240

B．4．1 部分分式法 240

B．4．2 幂级数法 241

B．4．3 留数法 242

参考文献 244