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第1章 控制系统导论 1

1.1 引言 1

1.2 自动控制简史 3

1.3 控制系统实例 6

1.4 工程设计 11

1.5 控制系统设计 12

1.6 机电一体化系统 14

1.7 控制系统前瞻 16

1.8 设计实例 17

1.9 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 19

1.10 小结 21

基础练习题 21

一般习题 22

难题 26

设计题 27

术语和概念 28

第2章 系统数学模型 30

2.1 引言 30

2.2 物理系统的微分方程（组） 30

2.3 物理系统的线性近似 34

2.4 拉普拉斯变换 36

2.5 线性系统的传递函数 42

2.6 方框图模型 53

2.7 信号流图模型 56

2.8 设计实例 61

2.9 利用控制系统设计软件进行系统仿真 77

2.10 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 89

2.11 小结 91

基础练习题 91

一般习题 97

难题 109

设计题 110

计算机辅助设计题 112

术语和概念 114

第3章 状态空间模型 117

3.1 引言 117

3.2 动态系统的状态变量 118

3.3 状态微分方程 120

3.4 信号流图模型和方框图模型 124

3.5 其他形式的信号流图和方框图模型 132

3.6 由状态方程求解传递函数 136

3.7 状态转移矩阵和系统时间响应 138

3.8 设计实例 140

3.9 利用控制系统设计软件分析状态空间模型 151

3.10 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 154

3.11 小结 156

基础练习题 156

一般习题 159

难题 168

设计题 170

计算机辅助设计题 171

术语和概念 173

第4章 反馈控制系统的特性 175

4.1 引言 175

4.2 偏差信号分析 177

4.3 控制系统对参数变化的灵敏度 178

4.4 反馈控制系统的干扰信号 181

4.5 系统瞬态响应的调控 185

4.6 稳态误差 187

4.7 反馈的代价 189

4.8 设计实例 190

4.9 利用控制系统设计软件分析控制系统特性 201

4.10 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 206

4.11 小结 209

基础练习题 210

一般习题 214

难题 222

设计题 224

计算机辅助设计题 227

术语和概念 229

第5章 反馈控制系统的性能 231

5.1 引言 231

5.2 测试输入信号 232

5.3 二阶系统的性能 234

5.4 零点和第三个极点对二阶系统响应的影响 238

5.5 s平面上根的位置与系统的瞬态响应 243

5.6 反馈控制系统的稳态误差 244

5.7 综合性能指标 250

5.8 线性系统的简化 257

5.9 设计实例 259

5.10 利用控制系统设计软件分析系统性能 269

5.11 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 273

5.12 小结 275

基础练习题 276

一般习题 280

难题 285

设计题 287

计算机辅助设计题 289

术语和概念 292

第6章 线性反馈系统的稳定性 293

6.1 稳定性的概念 293

6.2 劳斯赫尔维茨稳定判据 296

6.3 反馈控制系统的相对稳定性 302

6.4 状态变量系统的相对稳定性 303

6.5 设计实例 306

6.6 利用控制系统设计软件分析系统的稳定性 313

6.7 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 320

6.8 小结 322

基础练习题 322

一般习题 326

难题 331

设计题 333

计算机辅助设计题 335

术语和概念 337

第7章 根轨迹法 338

7.1 引言 338

7.2 根轨迹的概念 338

7.3 绘制根轨迹 342

7.4 应用根轨迹法进行参数设计 356

7.5 灵敏度与根轨迹 360

7.6 PID控制器 365

7.7 设计实例 367

7.8 利用控制系统设计软件分析根轨迹 375

7.9 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 379

7.10 小结 381

基础练习题 383

一般习题 387

难题 397

设计题 400

计算机辅助设计题 405

术语和概念 407

第8章 频率响应法 409

8.1 引言 409

8.2 频率响应图 411

8.3 频率响应测量 428

8.4 频域性能指标 428

8.5 对数幅相图 431

8.6 设计实例 433

8.7 利用控制系统设计软件的频率响应方法 441

8.8 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 445

8.9 小结 447

基本练习题 449

一般习题 452

难题 461

设计题 462

计算机辅助设计题 465

术语和概念 467

第9章 频域稳定性 469

9.1 引言 469

9.2 s平面上的围线映射 470

9.3 奈奎斯特稳定判据 474

9.4 相对稳定性与奈奎斯特判据 483

9.5 利用频域方法确定系统的时域性能指标 488

9.6 系统带宽 494

9.7 时延系统的稳定性 495

9.8 设计实例 498

9.9 频域中的PID控制器 509

9.10 利用控制系统设计软件分析频域稳定性 510

9.11 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 518

9.12 小结 519

基础练习题 527

一般习题 533

难题 543

设计题 546

计算机辅助设计题 550

术语和概念 552

第10章 反馈控制系统设计 553

10.1 引言 553

10.2 系统设计方法 554

10.3 串联校正网络 555

10.4 用伯德图法设计超前校正网络 559

10.5 用根轨迹法设计超前校正网络 564

10.6 利用积分型校正网络设计反馈控制系统 570

10.7 用根轨迹法设计滞后校正网络 572

10.8 用伯德图法设计滞后校正网络 575

10.9 在伯德图上用解析法进行系统设计 579

10.10 带前置滤波器的反馈控制系统 581

10.11 设计具有最小节拍响应的系统 583

10.12 设计实例 586

10.13 利用控制系统设计软件设计控制系统 595

10.14 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 600

10.15 小结 601

基础练习题 602

一般习题 606

难题 617

设计题 619

计算机辅助设计题 623

术语和概念 626

第11章 状态变量反馈系统设计 627

11.1 引言 627

11.2 能控性和能观性 628

11.3 全状态反馈控制设计 632

11.4 观测器设计 636

11.5 观测器和全状态反馈控制的集成 639

11.6 参考输入信号 644

11.7 最优控制系统 646

11.8 内模设计 654

11.9 设计实例 656

11.10 利用控制系统设计软件设计状态变量反馈 664

11.11 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 669

11.12 小结 670

基础练习题 670

一般习题 672

难题 677

设计题 680

计算机辅助设计题 683

术语和概念 687

第12章 鲁棒控制系统 689

12.1 引言 689

12.2 鲁棒控制系统和系统灵敏度 690

12.3 鲁棒性分析 693

12.4 含有不确定参数的系统 695

12.5 鲁棒控制系统设计 696

12.6 鲁棒PID控制器设计 701

12.7 鲁棒内模控制系统 706

12.8 设计实例 708

12.9 伪定量反馈系统 722

12.10 利用控制系统设计软件设计鲁棒控制系统 723

12.11 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 725

12.12 小结 727

基础练习题 728

一般习题 730

难题 736

设计题 739

计算机辅助设计题 745

术语与概念 747

第13章 数字控制系统 749

13.1 引言 749

13.2 数字控制系统应用概貌 749

13.3 采样系统 751

13.4 z变换 753

13.5 闭环反馈采样控制系统 756

13.6 二阶采样控制系统的性能 759

13.7 带有数字校正器的闭环系统 761

13.8 数字控制系统的根轨迹 764

13.9 控制器的数字实现 767

13.10 设计实例 768

13.11 利用控制系统设计软件设计数字控制系统 774

13.12 循序渐进设计示例：磁盘驱动器读取系统 778

13.13 小结 779

基础练习题 780

一般习题 782

难题 784

设计题 784

计算机辅助设计题 786

术语与概念 787

附录A MATLAB基础知识 789

附录B MathScript入门 802

参考文献 821