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第1章 绪论1

1.1 自动控制的基本概念1

1.1.1 自动控制系统及其组成1

1.1.2 自动控制系统的分类3

1.2 控制理论的发展及其在机械制造业中的应用6

1.2.1 控制理论的发展6

1.2.2 控制理论在机械制造业中的应用7

1.3 自动控制的基本要求及课程任务9

1.3.1 自动控制的基本要求9

1.3.2 课程任务10

习题10

第2章 控制系统的数学模型13

2.1 系统的微分方程14

2.1.1 机电控制系统常用元件的物理定律14

2.1.2 列写微分方程的一般方法16

2.2 非线性微分方程的线性化18

2.3 拉普拉斯变换19

2.3.1 复变函数的概念20

2.3.2 拉普拉斯变换20

2.3.3 拉氏变换的性质21

2.3.4 拉普拉斯反变换23

2.3.5 拉普拉斯变换解微分方程27

2.4 传递函数27

2.4.1 传递函数的定义与求取方法28

2.4.2 典型环节的传递函数29

2.5 系统传递函数方框图及简化33

2.5.1 方框图的结构要素33

2.5.2 系统方框图的建立34

2.5.3 系统方框图的简化35

2.6 控制系统的传递函数推导举例37

2.7 数学模型的MATLAB实现41

2.7.1 MATLAB简介41

2.7.2 控制系统在MATLAB中的描述41

2.7.3 用MATLAB展开部分分式42

2.7.4 用MATLAB求系统传递函数43

习题44

第3章 控制系统的时域响应分析方法48

3.1 时域响应及典型输入信号48

3.1.1 时域响应概述48

3.1.2 典型输入信号49

3.1.3 典型输入信号选择50

3.2 一阶系统的时域响应50

3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应50

3.2.2 一阶系统的单位斜坡响应51

3.2.3 一阶系统的单位脉冲响应51

3.3 二阶系统的时域响应52

3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应52

3.3.2 欠阻尼二阶系统的时域性能指标55

3.4 控制系统的稳定性分析59

3.4.1 稳定性的概念59

3.4.2 系统稳定的充要条件60

3.4.3 劳斯（Routh）判据61

3.5 控制系统的稳态误差分析64

3.5.1 误差、偏差和稳态误差64

3.5.2 控制系统的分类与偏差传递函数65

3.5.3 参考输入作用下系统的稳态偏差66

3.5.4 干扰作用下系统的稳态偏差68

3.6 基于MATLAB的时域分析70

3.6.1 借助MATLAB绘制系统各种输入的响应曲线70

3.6.2 利用MATLAB求系统时域性能指标72

3.6.3 利用MATLAB判断系统的稳定性73

习题74

第4章 控制系统的根轨迹法80

4.1 根轨迹的基本概念80

4.2 根轨迹的幅值条件与相角条件81

4.3 绘制根轨迹的基本法则83

4.4 控制系统的根轨迹绘制与分析举例88

4.4.1 根轨迹绘制举例88

4.4.2 根轨迹分析举例91

4.5 参数根轨迹95

4.6 基于MATLAB的根轨迹分析96

4.6.1 pzmap命令96

4.6.2 rlocus命令96

4.6.3 rlocfind和sgrid命令97

习题98

第5章 控制系统的频域分析方法100

5.1 频率特性的基本概念100

5.1.1 频率响应与频率特性100

5.1.2 频率特性的表示方法104

5.2 幅相频率特性图106

5.2.1 极坐标图107

5.2.2 典型环节的极坐标图107

5.2.3 开环系统极坐标图的绘制113

5.3 对数频率特性图116

5.3.1 典型环节的伯德图116

5.3.2 开环系统伯德图的绘制124

5.3.3 由频率特性确定传递函数127

5.4 频域稳定判据128

5.4.1 幅角定理129

5.4.2 奈奎斯特（Nyquist）稳定判据129

5.4.3 对数稳定判据133

5.4.4 相对稳定性133

5.5 基于MATLAB的频域分析135

5.5.1 借助MATLAB绘制奈奎斯特图135

5.5.2 借助MATLAB绘制伯德图136

5.5.3 借助MATLAB分析系统的相对稳定性137

习题138

第6章 控制系统的综合与校正方法141

6.1 系统校正的基本概念141

6.1.1 控制系统的性能指标141

6.1.2 校正的概念142

6.1.3 校正的方式143

6.1.4 期望伯德图145

6.2 串联校正146

6.2.1 串联超前校正网络147

6.2.2 串联滞后校正网络151

6.2.3 串联滞后-超前校正网络153

6.3 反馈校正156

6.3.1 反馈的功能157

6.3.2 位置反馈校正157

6.3.3 速度反馈校正158

6.4 PID校正158

6.4.1 比例控制器（P控制器）159

6.4.2 比例-微分控制器（PD控制器）160

6.4.3 积分控制器（I控制器）162

6.4.4 比例-积分控制器（PI控制器）162

6.4.5 比例-积分-微分控制器（PID控制器）163

6.5 MATLAB在校正中的应用165

6.5.1 串联超前校正165

6.5.2 串联滞后校正167

6.5.3 串联滞后-超前校正169

习题171

第7章 线性离散系统分析方法173

7.1 线性离散系统概述173

7.1.1 线性离散系统的基本结构与组成173

7.1.2 线性离散系统的特点175

7.1.3 线性离散系统的研究方法175

7.2 信号的采样和保持176

7.2.1 信号的采样176

7.2.2 信号采样的数学描述177

7.2.3 香农采样定理179

7.2.4 采样周期的选取179

7.2.5 信号的保持180

7.3 Z变换理论181

7.3.1 Z变换定义181

7.3.2 Z变换方法182

7.3.3 Z变换性质182

7.3.4 Z反变换184

7.4 离散系统的数学模型187

7.4.1 离散系统的数学定义187

7.4.2 线性常系数的差分方程及其解法187

7.4.3 脉冲传递函数189

7.4.4 开环系统脉冲传递函数190

7.4.5 闭环系统脉冲传递函数193

7.4.6 Z变换法的局限性195

7.5 离散系统的稳定性与稳态误差195

7.5.1 s域到z域的映射195

7.5.2 离散系统稳定的充分必要条件196

7.5.3 离散系统的稳定性判据197

7.5.4 离散系统的稳态误差199

7.5.5 离散系统的型别与静态误差系数200

7.5.6 离散系统的动态性能分析201

7.6 离散系统分析的MATLAB方法202

习题203

附录 常用函数的拉氏变换和Z变换表205

参考文献206