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1.1自动控制理论及应用1

1.2自动控制理论的基本内容1

第1章 绪论1

1.3自动控制系统的分类2

1.3.1按信号传递路径分类2

1.3.2按控制作用的特点分类3

1.3.3控制系统的其他类型4

1.4自动控制系统的基本组成4

1.5自动控制系统的基本要求5

小结6

习题16

2.1.1拉氏变换的定义式9

2.1.2常用函数的拉氏变换9

第2章 拉普拉斯变换及其应用9

2.1拉普拉斯变换的概念9

2.2拉普拉斯变换的运算定理10

2.2.1线性性质10

2.2.2微分性质11

2.2.3积分性质11

2.2.4位移性质11

2.2.5延迟性质12

2.2.6相似性质12

2.2.7初值定理12

2.3拉普拉斯反变换13

2.3.1 F（s）的所有极点都是不相等的实数13

2.2.8终值定理13

2.3.2 F（s）的极点包含有共轭复数14

2.3.3 F（s）的极点包含有相等的实数15

2.4拉普拉斯变换应用实例15

2.4.1用拉氏变换法求解微分方程16

2.4.2用拉氏变换法求解电路17

小结18

习题218

第3章 控制系统的数学模型20

3.1系统的微分方程20

3.1.1列写系统微分方程的步骤20

3.1.2实例20

3.2.1传递函数的定义和求法22

3.2传递函数22

3.2.2典型环节的传递函数23

3.3控制系统的动态结构图25

3.3.1结构图的组成25

3.3.2几个基本概念及术语25

3.3.3结构图的绘制27

3.3.4结构图的化简28

3.4信号流图32

3.4.1信号流图的组成要素及术语32

3.4.2信号流图的代数运算32

3.4.3信号流图的绘制34

3.4.4信号流图梅逊公式35

3.5系统数学模型在MATLAB中的表示36

3.5.1传递函数模型36

3.5.2零极点增益（ZPK）模型37

3.5.3系统数学模型之间的转换38

3.5.4系统的连接39

小结41

习题342

第4章 控制系统的时域分析44

4.1稳定性和代数稳定判据44

4.1.1稳定性的概念44

4.1.2线性系统稳定的充要条件44

4.1.3劳斯判据45

4.1.4控制系统的相对稳定性49

4.2控制系统的典型输入信号和时域性能指标50

4.2.1典型输入信号50

4.2.2时域性能指标52

4.3一阶系统的时域分析53

4.3.1一阶系统的数学模型和结构图53

4.3.2一阶系统的单位阶跃响应53

4.3.3一阶系统的单位斜坡响应54

4.3.4一阶系统的单位脉冲响应54

4.4二阶系统的时域分析55

4.4.1二阶系统的数学模型和结构图55

4.4.2二阶系统的单位阶跃响应55

4.4.3二阶系统的动态性能指标59

4.5高阶系统分析62

4.5.1高阶系统的瞬态响应62

4.6.1稳态误差定义64

4.6控制系统稳态误差分析64

4.5.2闭环主导极点64

4.6.2控制系统的类型65

4.6.3给定稳态误差的计算65

4.6.4扰动稳态误差的计算68

4.7基本控制规律的分析70

4.7.1比例（P）控制70

4.7.2积分（I）控制70

4.7.3比例加积分（PI）控制71

4.7.4比例加微分（PD）控制72

4.7.5比例加积分加微分（PID）控制73

4.8用MATLAB进行系统时域分析74

4.8.1应用MATLAB分析系统的稳定性74

4.8.2应用MATLAB进行部分分式展开75

4.8.3应用MATLAB分析系统的动态特性76

4.8.4应用MATLAB获得响应曲线和性能指标82

小结84

习题484

第5章 控制系统的根轨迹法88

5.1根轨迹的基本概念88

5.1.1根轨迹图88

5.1.2幅值条件和相位条件89

5.2绘制根轨迹的基本法则90

5.3控制系统性能的根轨迹法分析100

5.3.1确定闭环系统的极点100

5.3.2系统闭环零、极点位置与系统瞬态响应的关系102

5.3.3增加开环零点、开环极点对根轨迹的影响103

5.4.1广义根轨迹104

5.4广义根轨迹及其他多种根轨迹104

5.4.2多回路系统的根轨迹绘制105

5.4.3正反馈回路的根轨迹106

5.5用MATLAB进行根轨迹分析109

5.5.1绘制零极点图109

5.5.2绘制基本根轨迹图109

5.5.3确定阻尼比ζ轨迹、无阻尼自然振荡频率ωn轨迹和根轨迹上113

任意点的开环根轨迹增益113

小结115

习题5116

6.1频率特性的基本概念119

6.1.1频率特性的定义119

第6章 控制系统的频率特性法119

6.1.2频率特性的性质121

6.1.3频率特性的表示方法121

6.2极坐标图123

6.2.1典型环节频率特性的极坐标图123

6.2.2系统开环极坐标图的绘制126

6.2.3极坐标图的一般绘制规则129

6.3对数频率特性图131

6.3.1典型环节的对数频率特性图131

6.3.2开环对数频率特性图的绘制137

6.3.3最小相位系统138

6.4奈奎斯特（Nyquist）稳定判据140

6.4.1开环与闭环系统的零、极点间的关系140

6.4.2幅角定理140

6.4.3奈奎斯特稳定判据141

6.4.4奈奎斯特稳定判据在伯德图上的应用146

6.5控制系统的相对稳定性147

6.6开环频率特性与系统性能指标的关系150

6.6.1闭环频率特性及其性能指标150

6.6.2控制系统频域指标与时域指标的关系151

6.6.3开环对数幅频特性与系统动态性能的关系153

6.7用MATLAB进行频域分析155

小结163

习题6163

第7章 控制系统的校正方法167

7.1系统校正的基本概念167

7.1.1性能指标167

7.1.3校正方式168

7.1.2校正装置的设计方法168

7.2串联校正169

7.2.1超前校正169

7.2.2滞后校正173

7.2.3滞后－超前校正177

7.2.4超前校正、滞后校正和滞后－超前校正的比较181

7.3串联校正的期望对数频率特性设计法181

7.4串联工程设计法185

7.5反馈校正187

7.6用MATLAB进行系统的校正与设计191

小结195

习题7196

8.1.1典型非线性环节199

8.1非线性控制系统的基本概念和特点199

第8章 非线性控制系统分析199

8.1.2非线性系统的特点201

8.1.3非线性系统的研究方法202

8.2描述函数法202

8.2.1描述函数的基本思想与应用前提202

8.2.2描述函数的定义203

8.2.3典型非线性特性的描述函数204

8.2.4组合非线性环节的描述函数205

8.2.5基于描述函数的非线性系统稳定性分析207

8.2.6非线性系统存在周期运动时的稳定性分析208

8.3相平面法209

8.3.1基本概念209

8.3.2相平面图绘制方法210

8.3.4奇点和奇线212

8.3.3相平面、相轨迹的特点212

8.3.5非线性系统的相平面分析214

8.3.6非线性系统相平面分区线性化方法215

8.4用MATLAB进行非线性控制系统分析217

8.4.1非线性系统的线性化217

8.4.2直接求解非线性微分方程217

8.4.3运用Simulink分析非线性系统时域响应217

小结220

习题8220

第9章 采样控制系统分析224

9.1采样控制系统的基本概念224

9.1.1采样系统常用术语224

9.2.2信号采样及其数学描述225

9.2.1采样系统时间信号225

9.1.2采样系统的研究方法225

9.2采样过程和采样定理225

9.2.3采样定理226

9.3信号的复现228

9.3.1信号保持器228

9.3.2零阶保持器229

9.3.3零阶保持器的实现229

9.4 Z变换和脉冲传递函数230

9.4.1 Z变换的定义230

9.4.2常用的Z变换方法231

9.4.3 Z变换基本定理232

9.4.4 Z反变换234

9.4.5脉冲传递函数236

9.5.1采样控制系统的稳定性分析242

9.5采样控制系统的性能分析242

9.5.2采样系统的动态性能分析246

9.5.3采样控制系统的稳态误差249

9.6用MATLAB进行采样控制系统分析252

9.6.1应用MATLAB函数对采样系统进行分析252

9.6.2用SIMULINK模块对采样系统进行建模分析254

9.6.3采样控制系统稳定性分析254

小结255

习题9255

附录A MATLAB简介258

附录B 常用函数的拉氏变换与Z变换对照表265

参考文献266