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目录1

第1章 自动控制的基本概念1

1.1 引言1

1.2 控制系统的基本概念3

1.3 机电工程控制实例简介6

1.4 控制系统的要素与要求10

1.4.1 系统要素组成10

1.4.2 系统分类11

1.4.3 系统性能的基本要求12

习题113

第2章 线性系统的数学模型16

2.1 系统的动态过程与模型概念16

2.2 控制系统时域建模方法17

2.3 机电控制系统的反馈特点22

2.4 微分方程的拉普拉斯变换与逆变换解23

2.5 控制系统（环节）的传递函数27

2.5.1 传递函数定义27

2.5.2 传递函数特性、框图与零极点28

2.5.3 典型环节的传递函数29

2.6 系统传递函数的框图结构36

2.6.1 框图基本要素36

2.6.2 控制系统的框图画法37

2.6.3 反馈回路结构38

习题239

3.1.1 基本框图及简化42

第3章 机电系统传递函数分析42

3.1 传递函数框图的等效变换和简化42

3.1.2 复杂框图简化规则44

3.1.3 复杂框图系统的简化47

3.2 信号流图和梅森公式48

3.3 干扰与反馈控制系统50

3.4 典型机电控制系统的传递函数52

习题365

第4章 系统时域响应68

4.1 时域响应特点与求法68

4.2 典型输入信号69

4.3 一阶系统的时域响应71

4.3.1 脉冲输入下的惯性系统响应72

4.3.2 其他典型输入下的惯性系统响应与比较73

4.3.3 微分、积分环节响应74

4.3.4 线性系统响应的微分特性74

4.4 二阶系统的时域响应75

4.4.1 传递函数极点75

4.4.2 单位斜坡输入下的系统响应75

4.4.3 其他典型输入函数下的系统响应77

4.4.4 二阶系统的动态特性讨论79

4.5 高阶系统的响应分析84

4.6 复杂输入函数的系统响应87

4.7.1 积分变换求法89

4.7 系统非零初值的响应89

4.7.2 数值解法90

4.8 机电系统响应的计算机分析91

习题496

第5章 系统频域特性分析100

5.1 系统频率特性概念100

5.1.1 频率响应100

5.1.2 频率特性函数101

5.1.3 频率特性与传递函数关系102

5.1.4 频率特性的特点与作用103

5.2 频率特性的求法103

5.2.2 根据系统的稳态响应确定频率特性104

5.2.1 由传递函数求频率特性104

5.2.3 利用实验确定频率特性105

5.2.4 闭环与开环系统频率特性关系105

5.3 频域特性的幅相图107

5.3.1 一阶环节的幅相图107

5.3.2 二阶环节的幅相图109

5.3.3 复杂系统的幅相图110

5.4 频域特性的对数坐标图114

5.4.1 对数频率特性函数114

5.4.2 一阶环节的对数频率特性曲线115

5.4.3 二阶环节的对数频率特性曲线118

5.4.4 一般高阶系统的对数曲线120

5.5 机电系统的频域特性计算机分析123

5.6 系统频域特性特征量128

5.7 最小相位系统频率特性130

习题5131

第6章 系统稳定性与误差分析134

6.1 系统稳定性概念与条件134

6.1.1 系统稳定性定义135

6.1.2 系统稳定性一般条件136

6.2 稳定性的代数判定方法136

6.2.1 系统稳定性劳斯判据（充分必要条件）137

6.2.2 劳斯判据的特殊情况140

6.3.1 奈奎斯特稳定判据141

6.3 稳定性的几何判定方法141

6.3.2 伯德稳定判据147

6.4 系统的相对稳定性150

6.5 延时系统的稳定性152

6.6 系统误差分析156

6.6.1 误差概念156

6.6.2 系统误差传递函数157

6.6.3 系统稳态误差计算158

6.6.4 动态误差系数161

习题6162

第7章 控制系统设计与校正165

7.1 机电控制系统设计初步165

7.2.1 PID控制模型167

7.2 PID控制调节器167

7.2.2 PID组合环节的实现与其控制规律168

7.3 系统性能指标与校正概念173

7.4 串联校正176

7.4.1 相位超前（正相位）校正176

7.4.2 相位滞后（负相位）校正179

7.4.3 相位滞后一超前校正182

7.4.4 PID调节器最佳参数设计184

7.4.5 确定PID调节器参数的其他方法187

7.5 反馈校正189

7.5.1 位置反馈校正190

7.5.2 速度反馈校正191

7.6 并联（顺馈）校正193

7.5.3 反馈校正对系统参数变化的作用193

习题7196

第8章 线性离散控制系统199

8.1 模拟信号与数字信号转换199

8.1.1 A/D转换200

8.1.2 D/A转换200

8.2 信号采样理论201

8.2.1 采样周期与频率201

8.2.2 采样过程201

8.2.3 采样定理203

8.3 离散变量的Z变换204

8.2.4 信号保持204

8.3.1 Z变换定义205

8.3.2 Z变换性质与定理206

8.3.3 Z变换求法208

8.3.4 Z逆变换210

8.4 线性离散系统的分析方法212

8.4.1 离散系统的差分模型212

8.4.2 差分方程的Z变换解法213

8.4.3 脉冲传递函数及求法213

8.4.4 脉冲传递函数系统简化分析215

8.4.5 离散系统的响应218

8.5 离散系统的误差分析219

8.6 离散系统的稳定性分析221

8.6.1 z平面与s平面的映射关系221

8.6.2 线性离散系统稳定的充要条件222

8.6.3 线性离散系统稳定判据223

8.7 离散系统的校正225

8.7.1 数字控制器GD（z）225

8.7.2 离散校正环节的近似设计226

8.7.3 最少拍系统设计与校正方法229

8.7.4 数字PID控制器230

习题8233

9.1.2 非线性系统数学模型特征237

9.1.1 非线性系统元件参数特征237

9.1 非线性控制系统的特征237

第9章 非线性控制系统基础237

9.1.3 非线性系统的输出特征238

9.1.4 典型非线性环节239

9.1.5 非线性系统常用的分析方法241

9.2 描述函数法242

9.2.1 描述函数定义242

9.2.2 常见非线性系统的描述函数243

9.2.3 系统稳定性的描述函数分析249

9.3 相平面分析法254

9.3.1 控制系统的相平面方程254

9.3.2 相轨迹图形256

9.3.3 相平面轨迹特点258

9.3.4 相平面轨迹应用261

9.4 非线性系统实例分析262

9.5 非线性系统的数值仿真267

习题9270

第10章 状态空间理论初步274

10.1 系统状态变量与状态方程概念274

10.2 系统状态方程的建立方法276

10.2.1 由系统微分方程建立状态方程276

10.2.2 由线性系统的传递函数建立状态方程278

10.2.3 利用系统的环节框图建立状态方程279

10.2.4 非线性系统状态方程281

10.3.1 线性定常系统状态方程的解283

10.3 系统状态方程的求解283

10.3.2 线性时变系统状态方程的解288

10.4 离散系统的状态方程291

10.4.1 bj＝0（j＝1，2，…，m）时，离散系统状态方程291

10.4.2 bj≠0（j＝1，2，…，m）时，离散系统状态方程293

10.4.3 离散系统状态方程求解294

10.4.4离散系统状态方程数值解298

10.5 系统状态特性299

10.5.1 能控性的定义和判别299

10.5.2 能观性的定义和判别300

10.5.3 稳定性判别301

习题10301

11.1.1 控制系统动力与执行机构304

第11章 机电控制系统实验与计算机仿真304

11.1 典型机电控制系统组成304

11.1.2 控制信号的综合、转换与放大器308

11.2 输入信号的实验方法311

11.3 机电控制系统的传递函数实验312

11.4 典型机电伺服系统的时域实验314

11.5 典型机电系统的频率实验316

11.6 控制系统的计算机仿真实验317

11.7 控制系统的计算机仿真程序324

附录A 典型函数的拉普拉斯变换和Z变换334

附录B 习题参考答案338