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第1章 控制系统概述 1

1.1控制理论在工程技术中的应用 2

1.1.1系统的微分方程 2

1.1.2物理模型与系统方块图 2

1.2控制系统的基本组成 4

1.3自动控制系统的基本类型 5

第2章 控制系统的数学模型 11

2.1控制系统的微分方程 11

2.2微分方程的线性化 14

2.3Laplace变换和逆变换 17

2.3.1Laplace变换的定义 17

2.3.2典型函数的Laplace变换 17

2.3.3Laplace变换的性质 19

2.3.4Laplace逆变换 26

2.3.5用Laplace变换求解常系数线性微分方程的解 33

2.4传递函数 34

2.5.2方块图的等效变换 44

2.5.1方块图的组成 44

2.5系统方块图及其简化 44

2.6信号流图及MASON公式 48

2.6.1信号流图 48

2.6.2MASON公式 49

2.7控制系统建模 51

第3章 时域瞬态响应分析 62

3.1时域分析中的典型信号 62

3.2一阶系统的瞬态响应 64

3.3二阶系统的瞬态响应 67

3.4二阶系统的瞬态响应性能指标 71

3.4.1瞬态响应性能指标 71

3.4.2二阶系统的瞬态响应性能指标计算 73

＊3.5过阻尼和临界阻尼状态下二阶系统的瞬态性能指标估算 83

＊3.6二阶系统的单位脉冲响应 86

＊3.7二阶系统的单位斜坡响应 88

＊3.8高阶系统的瞬态响应 93

3.9利用MATLAB语言实现时域仿真 99

4.1.1频率特性的数学基础 120

第4章 控制系统的频率特性 120

4.1频率特性 120

4.1.2频率特性的基本概念 124

4.1.3频率特性的几何表示 128

4.2频率响应的Nyquist图 129

4.2.1典型环节的Nyquist图 129

4.2.2Nyquist图的一般作图方法 134

4.3频率响应的Bode图（对数坐标图） 139

4.3.1典型环节的Bode图 141

4.3.2一般系统Bode图作图方法 147

4.3.3最小相位系统 150

4.3.4由频率响应曲线求系统传递函数 151

4.4控制系统的闭环频率响应 155

4.4.1由开环频率响应特性估计闭环频率特性 155

4.4.2系统的频域指标 156

4.5MATLAB语言绘制Bode图和Nyquist图 159

第5章 控制系统的稳定性与快速性 169

5.1稳定性和快速性的基本概念 169

5.2.1系统稳定的必要条件 170

5.2Routh-Hurwitz判据 170

5.2.2控制系统稳定的充分必要条件 171

5.2.3二阶三阶和四阶系统的Routh判据 172

5.2.4Routh判据的特殊情况 173

＊5.2.5Hurwitz判据 175

5.3Nyquist稳定性判据 176

5.3.1Nyquist判据的特性 176

5.3.2Nyquist判据的推理之一 176

5.3.3Nyquist判据的推理之二 177

5.4Bode图上的稳定性判据 179

＊5.5多回路Nyquist曲线上的稳定性判据 181

＊5.6多回路Bode图上的稳定性判据 182

5.7稳定裕度 182

＊5.8二阶系统频域与时域的关系 187

5.8.1相位裕度γ与阻尼比ξ的关系 187

5.8.2谐振峰值Mr与超调量σ的关系 188

5.8.3谐振频率及频宽与时域指标的关系 190

5.8.4剪切频率ωc、频宽ωb与系统的时域指标关系 195

5.8.5高阶系统的频域与时域之间的关系 199

5.9控制系统的稳定性分析的MATLAB实现 200

第6章 根轨迹法 210

6.1根轨迹方程 210

6.1.1根轨迹与系统性能的关系 211

6.1.2闭环零极点与开环零极点的关系 211

6.1.3根轨迹方程、幅角、幅值条件 212

6.1.4简单系统的根轨迹图 214

6.2绘制根轨迹的基本法则 216

＊6.3广义根轨迹（参量根轨迹） 229

＊6.4零度根轨迹 231

6.5MATLAB根轨迹应用举例 233

6.5.1绘制根轨迹图 233

6.5.2用根轨迹法判断系统的稳定性 237

第7章 控制系统的误差分析 244

7.1稳态误差 244

7.1.1阶跃信号引起的稳态误差 244

7.1.2斜坡（速度）信号输入引起的稳态误差 245

7.1.3抛物线（加速度）信号输入引起的稳态误差 246

7.2动态误差系数 248

7.3扰动信号作用下的稳态误差 253

第8章 控制系统的校正方法 260

8.1系统的性能指标 260

8.2时域性能指标 260

8.2.1瞬态性能指标 260

8.4闭环频域指标 261

8.3开环频域指标 261

8.2.2稳态误差 261

8.5系统校正综述 262

8.6串联校正 262

8.6.1无源超前网络校正 262

8.6.2无源滞后网络校正 264

8.6.3滞后—超前网络校正 266

8.6.4有源网络校正装置 268

＊8.7反馈校正 271

＊8.8复合校正 272

8.9频率法校正 276

＊8.10根轨迹校正 283

第9章 非线性控制系统 294

9.1典型的非线性类型 294

9.2非线性系统的分析方法 296

9.3描述函数 296

9.4常见非线性元件的描述函数 298

9.5描述函数分析非线性系统的稳定性 306

9.5.1非线性系统的稳定性分析 307

9.5.2自振荡的确定 309

9.6相平面法分析 312

9.6.1相轨迹的作图法 313

9.6.2由相平面确定时间信息 319

9.6.3相平面上的奇点 320

9.6.4相平面上的极限环 322

9.7非线性系统的相平面分析 325

9.8李雅普诺夫（Liapunov）直接法（第二方法） 330

10.1.1采样器和保持器 337

第10章 离散控制系统 337

10.1Z变换 337

10.1.2根据定义求Z变换 339

10.1.3留数定理求Z变换 340

10.1.4Z变换的性质 341

10.2Z逆变换 347

10.2.1逆变换公式 347

10.2.2幂级数法求Z逆变换 348

10.2.3部分分式展开法 349

10.3Z变换求差分方程 350

10.4脉冲传递函数 351

10.5有零阶保持器的开环脉冲传递函数 354

10.6闭环系统的脉冲传递函数 356

10.7脉冲系统的稳定性分析 360

10.8MATLAB语言在离散控制系统中的应用 365

附录 MATLAB语言简介 372

习题参考答案 380

参考文献 390