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第1章 绪论 1

1.1 自动控制的基本概念 1

1.1.1 自动控制问题的提出 1

1.1.2 自动控制系统的定义 2

1.2 自动控制的基本方式 3

1.2.1 开环控制 3

1.2.2 闭环控制 4

1.2.3 闭环控制系统的基本组成 5

1.2.4 复合控制 6

1.3 自动控制系统的分类 6

1.3.1 按给定信号的特征划分 6

1.3.2 按系统参数的变化特性划分 7

1.3.3 按系统的数学描述划分 7

1.3.4 按信号传递的连续性划分 8

1.3.5 按系统的输入与输出信号的数量划分 9

1.4 自动控制系统的要求 9

1.4.1 对系统的要求 9

1.4.2 控制系统的分析与设计 10

1.5 解题示范 11

学习指导与小结 13

习题 13

第2章 自动控制系统的数学模型 15

2.1 自动控制系统的微分方程 15

2.1.1 微分方程建立的一般方法 15

2.1.2 线性常系数微分方程的求解 16

2.2 传递函数 17

2.2.1 传递函数的定义及求取 17

2.2.2 传递函数的性质及局限 19

2.3 典型环节及其传递函数 20

2.4 动态结构图及其等效变换 24

2.4.1 结构图的组成 24

2.4.2 绘制结构图的一般步骤 25

2.4.3 结构图的等效变换及其简化 26

2.5 自动控制系统的重要传递函数 30

2.6 解题示范 32

学习指导与小结 36

习题 37

第3章 时域分析法 39

3.1 典型输入信号和时域性能指标 39

3.1.1 典型输入信号 39

3.1.2 阶跃响应性能指标 41

3.2 一阶系统时域分析 42

3.2.1 一阶系统的数学模型 42

3.2.2 一阶系统单位阶跃响应 43

3.2.3 一阶系统的性能指标 44

3.3 典型二阶系统时域分析 45

3.3.1 典型二阶系统的数学模型 45

3.3.2 典型二阶系统的单位阶跃响应 46

3.3.3 典型二阶系统的参数ζ、ωn对性能的影响 49

3.3.4 欠阻尼二阶系统暂态性能指标估算 50

3.4 高阶系统分析 54

3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应 54

3.4.2 闭环零、极点对系统性能的影响 55

3.4.3 闭环主导极点 56

3.5 控制系统的稳定性分析 57

3.5.1 稳定性的概念及线性系统稳定的充要条件 57

3.5.2 劳斯稳定判据 58

3.5.3 两种特殊情况 59

3.5.4 劳斯稳定判据在系统分析中的应用 61

3.6 控制系统的稳态误差分析 61

3.6.1 稳态误差的定义及一般计算公式 61

3.6.2 控制系统的型别 62

3.6.3 给定信号作用下的稳态误差分析 63

3.6.4 扰动信号作用下的稳态误差分析 67

3.7 PID基本控制作用对系统性能的影响 69

3.7.1 比例（P）控制 69

3.7.2 比例加微分（PD）控制 73

3.7.3 积分（I）控制 78

3.7.4 比例加积分（PI）控制 79

3.7.5 比例加积分加微分（PID）控制 85

3.8 解题示范 87

学习指导与小结 93

习题 96

第4章 根轨迹法 100

4.1 根轨迹的基本概念 100

4.2 根轨迹的定义及根轨迹方程 102

4.3 绘制根轨迹的基本法则 104

4.3.1 绘制根轨迹的基本法则 104

4.3.2 闭环极点的确定 115

4.3.3 增加开环零、极点对根轨迹的影响 116

4.4 解题示范 118

学习指导与小结 123

习题 124

第5章 线性系统的频率响应法 126

5.1 频率特性 126

5.1.1 基本概念 126

5.1.2 频率特性的定义 129

5.1.3 频率特性的几何表示法 129

5.2 典型环节的频率特性 130

5.3 控制系统的开环频率特性 138

5.3.1 开环极坐标图 138

5.3.2 开环伯德图 143

5.3.3 最小相位系统与非最小相位系统 144

5.4 奈奎斯特稳定判据 146

5.4.1 辅助函数F（s） 146

5.4.2 幅角原理 147

5.4.3 奈氏判据 148

5.4.4 伯德图上的稳定性判据 155

5.5 用开环频率特性分析系统性能 157

5.5.1 稳定裕度 157

5.5.2 开环频域指标与时域性能指标的关系 160

5.5.3 三频段与系统性能 163

5.6 闭环频率特性 165

5.6.1 闭环频率特性与开环频率特性的关系 165

5.6.2 闭环频域指标 165

5.7 解题示范 166

学习指导与小结 173

习题 175

第6章 控制系统的校正 178

6.1 校正的基本概念 178

6.1.1 校正的定义 178

6.1.2 校正方式 179

6.1.3 设计方法 180

6.2 频率法串联校正 181

6.2.1 串联超前校正 181

6.2.2 串联滞后校正 185

6.2.3 串联滞后一超前校正 191

6.2.4 PID调节器 192

6.3 控制系统的复合校正 201

6.3.1 按扰动补偿的复合校正 202

6.3.2 按输入补偿的复合校正 204

6.4 解题示范 205

学习指导与小结 213

习题 214

第7章 控制系统的MATLAB仿真与模拟实验 218

7.1 MATLAB简介 218

7.1.1 MATLAB的安装 218

7.1.2 MATLAB工作界面 219

7.1.3 MATLAB命令窗口 220

7.2 MATLAB基本操作命令 221

7.2.1 简单矩阵的输入 221

7.2.2 复数矩阵输入 222

7.2.3 MATLAB语句和变量 222

7.2.4 语句以“%”开始和以分号“；”结束的特殊效用 223

7.2.5 工作空间信息的获取、退出和保存 223

7.2.6 常数与算术运算符 223

7.2.7 MATLAB图形窗口 224

7.2.8 MATLAB编程指南 224

7.3 MATLAB在控制系统中的应用 225

7.3.1 用MATLAB建立传递函数模型 225

7.3.2 用MATLAB求系统的零点、极点及特征多项式 229

7.3.3 用MATLAB绘制二维图形 232

7.3.4 用MATLAB分析控制系统性能 235

7.4 Simulink方法建模与仿真 253

7.5 自动控制理论模拟实验与Simulink仿真 257

实验一 典型环节及阶跃响应测试 258

实验二 系统频率特性测量 263

实验三 连续系统的频率法串联校正 269

附录1 拉普拉斯（Laplace）变换 275

附录2 MATLAB常用命令 284

参考文献 286