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第1章 自动控制系统的一般概念1

1.1 自动控制系统的发展概述1

1.2 自动控制系统的基本方式4

1.2.1 开环控制系统4

1.2.2 闭环控制系统5

1.3 自动控制系统的组成和分类6

1.3.1 自动控制系统的组成6

1.3.2 自动控制系统的分类9

1.4 自动控制系统的性能要求10

1.4.1 稳定性10

1.4.2 稳态性能指标11

1.4.3 动态性能指标11

本章小结12

习题13

第2章 自动控制系统的数学模型15

2.1 控制系统的微分方程15

2.1.1 系统微分方程的建立15

2.1.2 建立系统微分方程举例15

2.1.3 应用拉氏变换求解微分方程18

2.2 传递函数19

2.2.1 传递函数的定义20

2.2.2 传递函数的性质20

2.2.3 复数阻抗法21

2.2.4 典型环节的传递函数23

2.3 系统动态结构图32

2.4 系统结构图等效变换33

2.4.1 系统框图的画法33

2.4.2 框图的等效变换34

2.4.3 方框图的化简举例37

2.4.4 梅森（S.J.Mason）公式39

2.5 反馈控制系统的传递函数40

2.5.1 闭环控制系统的开环传递函数40

2.5.2 自动控制系统闭环传递函数的求取41

2.5.3 闭环系统的误差传递函数42

2.6 用Matlab求解微分方程和化简系统框图42

2.6.1 系统传递函数模型在Matlab中的表示42

2.6.2 结构图模型的简化44

本章小结47

习题49

第3章 自动控制系统的时域分析52

3.1 时域分析概述52

3.1.1 时域分析法的特点52

3.1.2 典型输入信号52

3.1.3 时域性能指标53

3.2 一阶系统的动态响应54

3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应54

3.2.2 一阶系统的单位斜坡响应56

3.3 二阶系统的动态响应56

3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应57

3.3.2 二阶系统的性能指标60

3.3.3 改善二阶系统性能的措施63

3.4 高阶系统的动态响应64

3.5 系统的稳定性分析66

3.5.1 系统稳定性的概念66

3.5.2 系统稳定的充分与必要条件67

3.5.3 代数稳定性判据68

3.6 系统的稳态误差分析75

3.6.1 稳态误差的概念75

3.6.2 稳态误差的计算75

3.6.3 改善系统稳态精度的方法80

3.7 Matlab在时域分析中的应用81

3.7.1 时域分析曲线的绘制81

3.7.2 二阶系统性能指标的计算83

3.7.3 代数稳定判据Matlab的实现88

本章小结89

习题90

第4章 根轨迹分析法93

4.1 根轨迹的基本概念93

4.1.1 根轨迹的概念93

4.1.2 根轨迹方程94

4.2 绘制根轨迹的基本法则95

4.2.1 根轨迹的对称性和分支数96

4.2.2 根轨迹的起点和终点96

4.2.3 实轴上的根轨迹段97

4.2.4 根轨迹的渐近线98

4.2.5 根轨迹的分离点和会合点99

4.2.6 根轨迹的出射角和入射角101

4.2.7 根轨迹与虚轴的交点103

4.2.8 开环极点与闭环极点的关系104

4.3 广义根轨迹106

4.3.1 参量根轨迹106

4.3.2 正反馈系统的根轨迹107

4.3.3 非最小相位系统的根轨迹108

4.4 用根轨迹法分析系统的动态特性109

4.4.1 闭环极点的位置与系统性能的关系109

4.4.2 增加开环零、极点对根轨迹的影响111

4.5 用Matlab绘制根轨迹114

4.5.1 绘制系统的零极点分布图114

4.5.2 绘制系统的根轨迹114

4.5.3 根轨迹与系统性能117

本章小结118

习题119

第5章 频域分析法121

5.1 频率特性的基本概念121

5.1.1 频率特性的概念121

5.1.2 频率特性与传递函数的关系122

5.1.3 频率特性的表示方式123

5.2 典型环节的频率特性127

5.2.1 比例环节127

5.2.2 积分环节128

5.2.3 微分环节129

5.2.4 惯性环节130

5.2.5 比例微分环节132

5.2.6 振荡环节（二阶环节）134

5.3 系统开环频率特性的绘制136

5.3.1 开环幅相频率特性136

5.3.2 开环对数频率特性139

5.3.3 根据频率特性确定传递函数142

5.4 控制系统的稳定判据与稳定裕量142

5.4.1 奈奎斯特稳定判据142

5.4.2 寸数频率稳定判据143

5.4.3 稳定裕量与系统相对稳定性144

5.5 系统开环频率特性与时域指标间的关系146

5.5.1 低频段与稳态精度146

5.5.2 中频段与动态性能147

5.5.3 高频段与动态性能148

5.6 系统闭环频率特性与时域指标的关系149

5.6.1 闭环频率特性与开环频率特性的关系149

5.6.2 闭环频率特性的频域指标149

5.6.3 闭环频域指标与时域指标的关系150

本章小结151

习题153

第6章 控制系统的校正与设计157

6.1 系统校正的基本概念157

6.1.1 系统校正的概念157

6.1.2 常见的校正设计方法157

6.1.3 系统校正的方式158

6.2 串联校正159

6.2.1 串联超前校正159

6.2.2 串联滞后校正162

6.2.3 串联滞后—超前校正165

6.2.4 PID调节器167

6.3 反馈校正168

6.4 复合校正170

6.5 常用的工程设计方法171

6.5.1 几种常见的近似处理171

6.5.2 二阶工程设计172

6.5.3 三阶工程设计173

6.6 用Matlab进行系统校正174

本章小结176

习题176

第7章 非线性系统分析178

7.1 非线性系统概述178

7.2 典型非线性特性及其对系统性能的影响180

7.3 描述函数法184

7.4 用描述函数法分析非线性控制系统191

本章小结195

习题195

第8章 采样控制系统199

8.1 采样控制系统的基本概念199

8.1.1 采样控制系统的基本结构199

8.1.2 数字控制系统200

8.2 信号的采样和保持200

8.2.1 采样过程200

8.2.2 采样信号的复现202

8.3 z变换与z反变换204

8.3.1 变换的定义204

8.3.2 变换的求法204

8.3.3 变换的基本定理206

8.3.4 反变换208

8.4 线性常系数差分方程及其解法209

8.5 脉冲传递函数210

8.5.1 开环离散系统（或环节）的脉冲传递函数211

8.5.2 闭环采样系统的脉冲传递函数212

8.6 采样系统的稳定性与稳态误差215

8.6.1 采样系统的稳定性215

8.6.2 采样系统的稳定误差217

本章小结218

习题219

第9章 自动控制系统的分析与调试221

9.1 自动控制系统的分析步骤221

9.1.1 工作对象对系统的要求221

9.1.2 系统各单元的工作原理222

9.1.3 整个系统的工作原理224

9.2 自动控制系统的调试方法224

9.2.1 系统调试前的准备工作224

9.2.2 制定调试大纲的原则225

9.2.3 系统调试过程225

9.3 自动控制系统的维护、使用和故障排除228

9.3.1 系统的维护和使用228

9.3.2 系统故障的检查与排除229

本章小结232

习题232

附录 常用函数的拉普拉斯变换对照表233

参考文献235