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第1章 绪论1

1.1 自动控制理论概述1

1.2 自动控制系统的基本概念2

1.2.1 自动控制系统的基本原理2

1.2.2 自动控制系统的控制方式3

1.2.3 自动控制系统的组成4

1.2.4 自动控制系统5

1.3 自动控制系统的分类7

1.3.1 按输入信号变化的规律分类8

1.3.2 按系统传输信号对时间的关系分类8

1.3.3 按系统的输出量和输入量间的关系分类9

1.3.4 按系统中的参数对时间的变化情况分类9

1.4 对自动控制系统的基本要求9

1.4.1 系统的稳定性9

1.4.2 系统的稳态性能指标10

1.4.3 系统的动态性能指标10

1.5 自动控制系统实例分析12

1.6 本章小结15

1.7 思考题与习题15

第2章 自动控制系统的数学模型17

2.1 控制系统的微分方程17

2.1.1 机械系统18

2.1.2 电路系统18

2.1.3 机电系统19

2.1.4 线性定常微分方程的求解21

2.2 传递函数21

2.2.1 传递函数的基本概念22

2.2.2 传递函数的定义23

2.2.3 传递函数的性质23

2.2.4 传递函数的求法25

2.3 典型环节的数学模型及其阶跃响应26

2.3.1 比例环节26

2.3.2 惯性环节27

2.3.3 积分环节28

2.3.4 微分环节29

2.3.5 振荡环节30

2.3.6 延迟环节31

2.4 控制系统的动态结构图32

2.4.1 动态结构图32

2.4.2 动态结构图的绘制33

2.4.3 动态结构图的等效变换和化简34

2.4.4 信号流图与梅逊公式40

2.5 自动控制系统的传递函数43

2.5.1 闭环控制系统的开环传递函数43

2.5.2 给定输入信号R（s）作用下的闭环传递函数44

2.5.3 扰动信号N（s）作用下的闭环传递函数44

2.5.4 闭环系统的误差传递函数44

2.6 本章小结45

2.7 思考题与习题46

第3章 时域分析法49

3.1 典型输入信号及性能指标49

3.1.1 典型输入信号49

3.1.2 典型初状态50

3.1.3 典型时间响应51

3.2 一阶系统分析51

3.2.1 一阶系统的数学模型52

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应52

3.2.3 一阶系统的单位阶跃响应的性能指标52

3.3 二阶系统分析53

3.3.1 二阶系统的数学模型53

3.3.2 二阶系统的特征根及性质54

3.3.3 二阶系统的单位阶跃响应55

3.4 系统稳定性分析59

3.4.1 稳定的基本概念59

3.4.2 稳定的数学条件59

3.4.3 代数稳定判据60

3.5 系统稳态误差分析62

3.5.1 误差与稳态误差62

3.5.2 稳态误差计算62

3.5.3 系统型别64

3.5.4 r（t）作用下的稳态误差与静态误差系数64

3.5.5 干扰n（t）作用下的稳态误差67

3.6 本章小结68

3.7 思考题与习题68

第4章 根轨迹法71

4.1 根轨迹与根轨迹方程71

4.1.1 根轨迹71

4.1.2 根轨迹方程72

4.2 绘制根轨迹的基本法则73

4.2.1 根轨迹的个数73

4.2.2 根轨迹的对称性73

4.2.3 根轨迹的起点和终点74

4.2.4 实轴上的根轨迹74

4.2.5 根轨迹的渐近线74

4.2.6 起始角与终止角75

4.2.7 分离点d76

4.2.8 分离角与会合角77

4.2.9 虚轴交点ω77

4.2.10 根之和78

4.3 控制系统的根轨迹分析法79

4.3.1 闭环零、极点与阶跃响应的定性关系79

4.3.2 利用主导极点估算系统性能指标80

4.3.3 根轨迹的改造对系统的影响81

4.3.4 根轨迹法系统动态特性中的应用82

4.4 本章小结87

4.5 思考题与习题87

第5章 自控系统的频域分析法89

5.1 系统频率特性的基本概念89

5.1.1 基本概念89

5.1.2 频率特性的性质92

5.1.3 频率特性的图形表示方法93

5.2 典型环节的频率特性95

5.3 系统开环对数频率特性曲线的绘制105

5.3.1 系统开环对数频率特性及绘制步骤105

5.3.2 系统开环对数频率特性绘制举例106

5.4 系统稳定性的频域分析110

5.4.1 奈奎斯特稳定判据111

5.4.2 对数频率稳定判据112

5.4.3 稳定裕度114

5.4.4 动态性能的频域分析116

5.4.5 典型系统频域分析123

5.5 本章小结128

5.6 思考题与习题129

第6章 MATLAB软件在自动控制系统性能分析中的应用133

6.1 MATLAB的主要功能133

6.2 MATLAB的安装与启动134

6.2.1 MATLAB的安装134

6.2.2 MATLAB的启动134

6.2.3 MATLAB的退出134

6.3 MATLAB的命令窗口134

6.3.1 MATLAB菜单栏134

6.3.2 MATLAB的命令窗口135

6.4 MATLAB中的命令函数和M文件136

6.4.1 M文件概述136

6.4.2 M文件的建立与打开139

6.5 MATLAB中的数值表示、变量命名、运算符号和表达式140

6.5.1 数值的表示140

6.5.2 变量命名规定140

6.5.3 基本运算符140

6.5.4 表达式140

6.5.5 应用MATLAB进行数值运算141

6.5.6 应用MATLAB绘制二维图线141

6.6 MATLAB在自动控制系统性能分析中的应用143

6.6.1 MATLAB在传递函数的变换中的应用143

6.6.2 MATLAB在时域分析中的应用145

6.6.3 MATLAB在频域分析中的应用147

6.7 SIMULINK仿真软件及其应用151

6.8 本章小结157

6.9 思考题与习题157

第7章 自动控制系统的校正158

7.1 系统校正概述158

7.1.1 系统校正的基本概念158

7.1.2 系统校正的方式158

7.1.3 常用校正装置159

7.1.4 系统指标的确定161

7.2 串联校正161

7.2.1 比例（P）校正161

7.2.2 比例-微分（PD）校正163

7.2.3 比例-积分（PI）校正165

7.2.4 比例-积分-微分（PID）校正167

7.3 反馈校正169

7.3.1 反馈校正的原理169

7.3.2 反馈校正的分类与应用169

7.4 复合校正172

7.4.1 按输入补偿的复合校正172

7.4.2 按扰动补偿的复合校正173

7.5 自动控制系统的一般设计方法173

7.5.1 自动控制系统设计的基本步骤173

7.5.2 系统固有部分开环频率特性的确定174

7.5.3 系统预期开环对数频率特性的确定176

7.5.4 系统校正举例178

7.6 MATLAB在系统校正中的应用179

7.7 本章小结182

7.8 思考题与习题182

第8章 自动控制原理的应用184

8.1 直流调速系统184

8.1.1 单闭环转速负反馈晶闸管直流调速系统184

8.1.2 转速电流双闭环直流调速系统191

8.1.3 双极晶体管脉宽调制控制的直流调速系统201

8.1.4 晶闸管可逆直流调速系统206

8.2 位置随动系统216

8.2.1 位置随动系统的组成216

8.2.2 位置随动系统各组成部件的工作原理217

8.2.3 位置随动系统的控制特点与实例分析224

8.3 交流调速系统226

8.3.1 绝缘栅双极晶体管（IGBT）-正弦脉宽调制（SPWM）型交流变频电路227

8.3.2 交流调速的基本方案与变压变频的基本控制方式232

8.3.3 矢量控制的基本思路235

8.4 通用变频器236

8.4.1 通用变频器的功能236

8.4.2 通用变频器的结构236

8.4.3 通用变频器的使用237

8.5 本章小结239

8.6 思考题与习题240

参考文献241