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第1章 绪论 1

1.1控制理论的发展 1

1.2控制系统的概念 1

1.3控制系统的分类 2

1.4课程内容 4

第2章 控制系统的数学模型 5

2.1数学模型的分类 5

2.2系统的参数模型 5

2.2.1微分方程 5

2.2.2状态方程 8

2.2.3传递函数 10

2.2.4结构图描述 12

2.3系统的非参数模型 14

2.3.1频率特性 14

2.3.2响应曲线 16

2.4模型生成与转换的MATLAB实现 17

2.4.1连续系统建模 17

2.4.2离散系统模型 19

2.4.3结构化简 20

2.4.4模型转换 22

习题 22

第3章 控制系统分析与设计的频域法 24

3.1控制系统的性能指标 24

3.1.1稳态性能指标 24

3.1.2动态性能时域指标 27

3.2典型系统的动态性能 29

3.2.1阶系统的性能指标 29

3.2.2典型二阶系统的性能指标 30

3.2.3典型二阶系统的动态性能与闭环频率特性的关系 33

3.2.4高阶系统的动态性能 35

3.3控制系统的频率响应法 35

3.3.1对数频率特性图 36

3.3.2频域的动态性能指标 41

3.3.3频率响应法示例 43

3.4控制器的设计方法和校正形式 45

3.4.1控制器的设计方法 45

3.4.2控制器的校正形式 46

3.5串联控制器设计的综合法 48

3.5.1工程系统的典型开环幅频特性形状 48

3.5.2期望的开环频率特性设计 50

3.5.3串联校正综合设计法举例 55

3.6局部反馈控制器设计的综合法 57

3.6.1局部反馈校正的作用分析 57

3.6.2两类重要的局部反馈校正 57

3.6.3局部反馈校正的综合法小结 64

3.7控制器设计的分析法 65

3.7.1超前校正网络 66

3.7.2滞后校正网络 69

3.7.3滞后-超前校正网络 72

3.8调节系统的综合方法 75

3.8.1调节系统的性能指标 75

3.8.2调节系统的综合方法 76

3.9复合控制 82

3.9.1按扰动补偿的复合校正 82

3.9.2按输入补偿的复合校正 83

3.10频域法的MATLAB实现 84

3.10.1单输入单输出系统的频率特性曲线 84

3.10.2利用频率特性分析系统的稳定性 86

3.10.3频率综合法的MATLAB实现 87

3.10.4超前校正器设计的MATLAB实现 88

习题 89

第4章 控制系统分析与设计的根轨迹法 91

4.1引言 91

4.1.1根轨迹的定义 91

4.1.2根轨迹的幅值和辐角条件 92

4.2绘制根轨迹的基本规则及基于根轨迹的性能分析 93

4.2.1绘制根轨迹的基本规则 93

4.2.2增加零点和极点对根轨迹的影响 99

4.2.3利用根轨迹计算系统的参数 103

4.3根轨迹实现的超前校正 106

4.3.1超前校正的基本原理 106

4.3.2超前校正的设计步骤 108

4.3.3超前校正设计中的若干问题 108

4.3.4超前校正示例 110

4.4根轨迹实现的滞后校正 113

4.4.1滞后校正的基本原理 113

4.4.2滞后校正的设计步骤 115

4.4.3滞后校正示例 115

4.5根轨迹实现的超前-滞后校正 116

4.5.1超前-滞后校正的原理与步骤 116

4.5.2超前-滞后校正示例 117

4.6根轨迹法的MATLAB实现 120

4.6.1根轨迹图的绘制 120

4.6.2根轨迹法的MATLAB示例 121

习题 124

第5章 控制系统分析与设计的状态空间法 126

5.1状态空间表达式 126

5.2稳定性分析 127

5.2.1稳定性的定义 127

5.2.2李雅普诺夫第一法 129

5.2.3李雅普诺夫第二法 130

5.3能控性分析 132

5.4能观性分析 133

5.5极点配置方法 134

5.5.1调节系统的极点配置设计法 134

5.5.2随动系统的极点配置设计法 137

5.6状态空间法的MATLAB实现 138

5.6.1线性系统稳定性分析 138

5.6.2线性系统的线性相似变换 138

5.6.3能控性分析 141

5.6.4能观性分析 145

5.6.5极点配置 145

5.6.6观测器设计 146

5.6.7线性二次型指标最优调节器 147

习题 148

第6章 控制系统的仿真技术 150

6.1控制系统仿真原理 150

6.1.1控制系统仿真的过程 150

6.1.2系统仿真研究的优缺点 151

6.2基于Simulink的建模与仿真方法 152

6.2.1 Simulink简介 152

6.2.2 Simulink常用模块介绍 153

6.2.3 Simulink建模与仿真 160

6.3复杂系统仿真的Simulink支撑技术 166

6.3.1子系统概念及构成方法 167

6.3.2模块封装方法 168

6.3.3模块库的构造 173

6.3.4 M-函数和S-函数 175

习题 178

附录A MATLAB基础 180

参考文献 193