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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.1.1 控制理论的发展历程1

1.1.2 自动控制系统的组成及术语2

1.2 自动控制举例4

1.2.1 温度控制4

1.2.2 液位控制5

1.2.3 速度控制6

1.2.4 随动控制6

1.3 自动控制的基本方式8

1.3.1 开环控制8

1.3.2 闭环控制8

1.3.3 复合控制9

1.4 控制系统的分类9

1.4.1 按系统输入信号的变化规律不同来分9

1.4.2 按系统传输信号的性质来分10

1.4.3 按描述系统的数学模型不同来分10

1.4.4 其他分类方法11

1.5 对控制系统的基本要求11

1.6 例题精解13

1.7 工程应用实例15

本章小结16

习题16

第2章 控制系统的数学模型19

2.1 引言19

2.1.1 数学模型的特点19

2.1.2 数学模型的类型20

2.1.3 建模途径与原则21

2.2 控制系统的微分方程21

2.2.1 建立微分方程模型的一般步骤21

2.2.2 建模举例22

2.2.3 非线性系统（数学模型）的线性化25

2.3 控制系统的传递函数28

2.3.1 传递函数的概念28

2.3.2 典型环节及其传递函数30

2.3.3 控制系统的传递函数34

2.3.4 传递函数的标准形式37

2.3.5 传递函数的零点和极点对输出的影响38

2.4 控制系统的结构图38

2.4.1 结构图的概念38

2.4.2 系统结构图的建立39

2.4.3 结构图的等效变换41

2.5 信号流图与梅森公式46

2.5.1 信号流图中的术语46

2.5.2 信号流图的绘制47

2.5.3 梅森公式48

2.6 应用MATLAB进行模型处理50

2.6.1 拉氏变换与反变换50

2.6.2 传递函数51

2.7 例题精解54

2.8 工程应用实例59

本章小结59

习题59

第3章 线性系统的时域分析63

3.1 引言63

3.1.1 典型信号64

3.1.2 性能指标65

3.2 一阶系统的分析和计算66

3.2.1 一阶系统的数学模型66

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应67

3.2.3 单位斜坡响应68

3.2.4 单位脉冲响应69

3.3 二阶系统的分析和计算69

3.3.1 二阶系统的数学模型69

3.3.2 单位阶跃响应70

3.3.3 二阶系统性能指标分析73

3.3.4 单位脉冲响应75

3.4 改善二阶系统性能的措施76

3.4.1 二阶系统的比例－微分控制76

3.4.2 二阶系统的速度反馈控制78

3.4.3 比例－微分控制与速度反馈控制的比较79

3.4.4 控制系统的基本控制律——比例－积分－微分控制79

3.5 高阶系统的时间响应81

3.5.1 高阶系统的阶跃响应81

3.5.2 高阶系统性能估计82

3.6 用MATLAB进行动态响应分析84

3.6.1 绘制响应曲线84

3.6.2 阶跃响应性能分析85

3.6.3 应用Simulink进行仿真86

3.7 稳定性分析87

3.7.1 稳定性的概念和定义87

3.7.2 线性系统稳定的条件88

3.7.3 劳斯－赫尔维茨判据89

3.8 线性系统的稳态误差计算92

3.8.1 稳态误差的定义92

3.8.2 参考输入作用下的稳态误差94

3.8.3 扰动作用下的稳态误差96

3.8.4 动态误差系数98

3.9 例题精解99

3.10 工程应用实例107

本章小结107

习题107

第4章 线性系统的根轨迹法112

4.1 根轨迹的基本概念112

4.1.1 闭环零、极点与开环零极点之间的关系112

4.1.2 根轨迹的基本概念113

4.2 根轨迹方程114

4.3 根轨迹绘制的基本规则115

4.3.1 180°根轨迹绘制的基本规则116

4.3.2 零度根轨迹的绘制规则123

4.4 典型反馈系统的根轨迹分析125

4.4.1 反馈系统的根轨迹分析举例125

4.4.2 典型的根轨迹图128

4.4.3 非最小相位系统的根轨迹129

4.4.4 参数根轨迹130

4.5 用MATLAB绘制系统的根轨迹132

4.5.1 命令介绍132

4.5.2 绘图示例133

4.6 例题精解135

4.7 工程应用实例140

本章小结140

习题140

第5章 线性系统的频域分析法144

5.1 频率特性的基本概念144

5.1.1 频率特性的定义144

5.1.2 频率特性的几何表示法145

5.2 典型环节的频率特性146

5.2.1 比例环节146

5.2.2 积分环节147

5.2.3 微分环节148

5.2.4 惯性环节149

5.2.5 一阶微分环节150

5.2.6 振荡环节150

5.2.7 二阶微分环节153

5.2.8 延迟环节153

5.3 控制系统的开环频率特性153

5.3.1 开环Nyquist图154

5.3.2 开环Bode图155

5.3.3 最小相位系统与非最小相位系统157

5.4 奈奎斯特稳定判据159

5.4.1 辅助函数F(s)159

5.4.2 幅角原理160

5.4.3 奈奎斯特稳定判据161

5.4.4 对数频率特性稳定判据163

5.5 控制系统的稳定裕度165

5.6 闭环频率特性167

5.7 频率特性分析167

5.7.1 用开环频率特性分析系统的性能168

5.7.2 开环频域性能指标与时域指标的关系169

5.7.3 开环频域指标与闭环频域指标的关系171

5.8 MATLAB频率特性分析172

5.8.1 Bode图172

5.8.2 Nyquist图174

5.8.3 Nichols图176

5.9 例题精解177

5.10 工程应用实例180

本章小结180

习题181

第6章 控制系统综合与设计184

6.1 引言184

6.1.1 性能指标184

6.1.2 控制系统校正的基本方法184

6.2 校正方案185

6.2.1 校正方式185

6.2.2 校正装置185

6.2.3 校正方案187

6.3 根轨迹法校正187

6.3.1 基于根轨迹法的超前校正187

6.3.2 基于根轨迹法的滞后校正189

6.3.3 基于根轨迹法的滞后－超前校正190

6.4 频率响应法校正191

6.4.1 应用伯德图设计的思路191

6.4.2 频率响应超前校正192

6.4.3 频率响应滞后校正197

6.4.4 频率响应滞后－超前校正200

6.5 反馈校正203

6.6 例题精解204

6.7 工程应用实例209

本章小结209

习题210

第7章 非线性控制系统212

7.1 引言212

7.1.1 非线性控制系统的特点212

7.1.2 典型非线性特性213

7.2 描述函数法215

7.2.1 描述函数的含义215

7.2.2 典型非线性环节的描述函数216

7.2.3 典型非线性环节组合时的描述函数221

7.3 非线性控制系统描述函数分析223

7.3.1 非线性系统的稳定性223

7.3.2 自持振荡分析224

7.4 相平面法227

7.4.1 相平面的基本概念227

7.4.2 相平面的特点228

7.4.3 线性系统相轨迹229

7.4.4 相轨迹绘制232

7.5 非线性系统相平面分析234

7.5.1 奇点与极限环234

7.5.2 相平面法分析非线性系统237

7.6 例题精解241

7.7 工程应用实例245

本章小结245

习题245

第8章 离散控制系统249

8.1 离散系统的基本概念249

8.1.1 采样控制系统249

8.1.2 数字控制系统251

8.1.3 离散控制系统的特点252

8.2 信号的采样与保持253

8.2.1 采样过程253

8.2.2 采样过程的数学描述254

8.2.3 采样定理256

8.2.4 信号保持257

8.3 Z变换260

8.3.1 Z变换的定义260

8.3.2 Z变换的方法260

8.3.3 Z变换的性质263

8.3.4 Z反变换263

8.4 离散系统的数学模型264

8.4.1 差分方程265

8.4.2 脉冲传递函数266

8.5 离散系统的稳定性和稳态误差272

8.5.1 离散系统的稳定性272

8.5.2 离散系统的稳态误差276

8.6 离散系统的动态性能分析278

8.7 离散系统的数字校正280

8.8 MATLAB离散控制系统分析281

8.8.1 Z变换和Z反变换281

8.8.2 连续系统的离散化281

8.8.3 采样系统的响应282

8.9 例题精解283

8.10 工程应用实例286

本章小结286

习题287

习题参考答案290

参考文献300

光盘与纸质教材关联索引301