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第1章 绪论1

1.1 控制论概述1

1.2 控制系统的工作原理与组成2

1.2.1 工作原理2

1.2.2 控制系统的组成4

1.3 控制系统的分类与基本要求5

1.3.1 控制系统的分类5

1.3.2 控制系统的基本要求7

1.4 MATLAB语言简介8

1.4.1 MATLAB的系统界面8

1.4.2 MATLAB数学运算11

1.4.3 MATLAB绘图18

1.5 本课程的特点及要求27

习题28

第2章 数学基础——拉普拉斯变换29

2.1 复数和复变函数29

2.1.1 复数的概念29

2.1.2 复数的表示法29

2.1.3 复变函数30

2.1.4 极点与零点概念30

2.2 拉氏变换31

2.2.1 拉氏变换定义31

2.2.2 典型时间函数的拉氏变换32

2.2.3 拉氏变换的性质34

2.3 拉氏反变换及其数学方法39

2.3.1 拉氏反变换39

2.3.2 拉氏反变换的数学方法40

2.4 拉氏变换的应用43

2.5 拉氏变换的MATLAB实现45

习题46

第3章 传递函数47

3.1 概述47

3.1.1 数学模型的概念47

3.1.2 线性系统与非线性系统48

3.2 系统微分方程的建立48

3.2.1 机械系统的微分方程48

3.2.2 电气系统的微分方程52

3.2.3 系统元件间的负载效应54

3.2.4 非线性微分方程的线性化54

3.3 传递函数58

3.3.1 传递函数的概念58

3.3.2 传递函数的零、极点59

3.3.3 典型环节及其传递函数59

3.4 系统框图及简化67

3.4.1 系统框图的组成67

3.4.2 方框图的绘制68

3.4.3 系统方框图的简化69

3.5 信号流图与Mason公式73

3.5.1 信号流图74

3.5.2 Mason公式75

3.6 应用实例76

3.6.1 机床进给传动链76

3.6.2 汽车悬挂系统77

3.6.3 车削过程78

3.6.4 打印轮控制系统80

3.7 系统数学模型的MATLAB实现82

3.7.1 传递函数模型82

3.7.2 零极点增益模型83

3.7.3 模型转换83

3.7.4 动态结构图84

习题84

第4章 时间响应分析88

4.1 时间响应88

4.1.1 时间响应的概念88

4.1.2 典型输入信号89

4.2 一阶系统的时间响应91

4.2.1 一阶系统的数学模型91

4.2.2 一阶系统的单位阶跃响应91

4.2.3 一阶系统的单位脉冲响应92

4.2.4 一阶系统的单位斜坡响应93

4.3 二阶系统的时间响应94

4.3.1 二阶系统的数学模型94

4.3.2 二阶系统的单位阶跃响应96

4.3.3 二阶系统的单位脉冲响应98

4.4 高阶系统的时间响应100

4.5 瞬态响应的性能指标101

4.5.1 瞬态响应的性能指标101

4.5.2 二阶系统的瞬态响应指标102

4.6 时间响应的MATLAB实现108

习题110

第5章 系统误差分析111

5.1 概述111

5.1.1 误差与偏差111

5.1.2 系统的类型113

5.2 稳态误差的计算分析113

5.2.1 静态误差系数与稳态误差113

5.2.2 扰动作用下的稳态误差117

习题119

第6章 频率特性分析121

6.1 概述121

6.2 频率响应与频率特性122

6.2.1 频率响应122

6.2.2 频率特性123

6.2.3 频率特性的求法124

6.2.4 频率特性的特点126

6.2.5 频率特性的表示方法126

6.3 频率特性的极坐标图（Nyquist图）127

6.3.1 极坐标图127

6.3.2 典型环节的极坐标图127

6.3.3 系统Nyquist图的一般画法132

6.4 频率特性的对数坐标图（Bode图）138

6.4.1 对数坐标图138

6.4.2 典型环节的Bode图138

6.4.3 绘制系统Bode图的步骤147

6.5 开环频率特性对数坐标图的含义151

6.6 最小相位系统及频域性能指标153

6.6.1 最小相位系统的概念153

6.6.2 由Bode图估计最小相位系统的传递函数153

6.6.3 频域性能指标154

6.7 频率特性的MATLAB实现158

6.7.1 利用MATLAB绘制Nyquist图158

6.7.2 利用MATLAB绘制Bode图159

6.7.3 利用MATLAB求系统的频域特征量160

习题161

第7章 系统稳定性分析163

7.1 稳定性概述163

7.2 Routh-Hurwitz稳定性判据165

7.2.1 Routh稳定性判据165

7.2.2 Hurwitz稳定性判据169

7.3 Nyquist稳定性判据171

7.3.1 基本原理171

7.3.2 Nyquist法判别系统的稳定性举例174

7.3.3 具有延时环节的系统的稳定性分析177

7.4 系统的相对稳定性178

7.4.1 相位裕量和幅值裕量178

7.4.2 条件稳定系统182

7.5 应用实例183

7.5.1 Routh-Hurwitz稳定判据应用实例183

7.5.2 Nyquist稳定判据应用实例184

7.5.3 相对稳定性应用实例186

7.6 稳定性分析的MATLAB实现188

7.6.1 利用MATLAB求系统的特征根188

7.6.2 利用MATLAB中的函数直接求解189

思考题191

习题191

第8章 系统的校正设计194

8.1 概述194

8.1.1 系统的时域和频域性能指标194

8.1.2 校正的概念195

8.1.3 校正的类型195

8.2 串联校正196

8.2.1 增益校正197

8.2.2 相位超前校正197

8.2.3 相位滞后校正200

8.2.4 相位滞后-超前校正204

8.3 并联校正206

8.3.1 反馈校正207

8.3.2 顺馈校正208

8.4 PID校正212

8.4.1 PD控制作用213

8.4.2 PI控制作用216

8.4.3 PID控制作用217

8.5 应用实例218

8.5.1 电压-转角位置随动系统218

8.5.2 直流电机调速系统222

8.6 系统校正的MATLAB实现224

习题227

参考文献231