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1 概述1

1．1简况1

1．2自动控制的基本方式2

1．2．1开环控制2

1．2．2闭环控制3

1．2．3闭环控制的组成4

1．3自动控制系统的工作原理5

1．3．1速度控制系统5

1．3．2水位控制系统6

1．3．3位置随动系统7

1．4对控制系统的性能要求8

1．4．1稳定性8

1．4．2快速性9

1．4．3精确性9

习题110

2 控制系统的微分方程12

2．1建立系统微分方程的一般方法和步骤12

2．1．1微分方程的一般特征12

2．1．2建立微分方程的一般步骤13

2．1．3理想元件的微分方程描述13

2．1．4机械系统的微分方程14

2．1．5电气系统的微分方程16

2．1．6机电系统的微分方程17

2．2线性系统及其齐次性和叠加性18

2．2．1线性系统18

2．2．2线性系统的齐次性18

2．2．3线性系统的叠加性19

2．3非线性数学模型线性化20

2．3．1线性化的基本概念20

2．3．2小偏差线性化20

2．3．3线性化的数学意义和步骤20

习题221

3 传递函数23

3．1数学工具——拉普拉斯变换与反变换23

3．1．1拉氏变换的基本概念23

3．1．2拉氏变换基本定理25

3．1．3拉氏反变换30

3．1．4拉氏变换应用举例31

3．2传递函数33

3．2．1传递函数的定义和性质33

3．2．2传递函数的零点和极点34

3．2．3典型环节的分类34

3．2．4典型环节的传递函数36

3．3系统方块图及其传递函数39

3．3．1方块图的组成40

3．3．2方块图的绘制40

3．3．3利用方块图的简化求取系统的传递函数42

3．3．4利用梅逊公式求取系统的传递函数46

3．4控制系统的传递函数50

3．4．1系统的开环传递函数50

3．4．2闭环系统的传递函数50

3．4．3闭环系统的偏差传递函数51

习题352

4 时间响应分析55

4．1时间响应及其性能指标55

4．1．1时间响应的概念55

4．1．2典型信号的时间响应56

4．1．3任意输入函数作用下的系统响应57

4．1．4时间响应的性能指标58

4．2一阶系统的时间响应59

4．2．1单位阶跃响应59

4．2．2单位斜坡响应60

4．2．3单位脉冲响应60

4．3二阶系统的时间响应61

4．3．1单位阶跃响应62

4．3．2单位斜坡响应68

4．3．3单位脉冲响应69

4．4高阶系统的时间响应73

4．4．1三阶系统的单位阶跃响应73

4．4．2高阶系统的主导极点74

4．4．3高阶系统的时间响应分析75

习题477

5 控制系统的稳定性及其时域判据78

5．1稳定性的概念及系统稳定的条件78

5．1．1稳定性的概念78

5．1．2系统稳定的条件78

5．2系统稳定性的时域判据80

5．2．1罗斯判据80

5．2．2霍尔维茨判据84

5．3结构性不稳定系统86

习题587

6 控制系统的稳态误差88

6．1偏差、误差和稳态误差的概念88

6．1．1偏差、误差88

6．1．2稳态误差89

6．2稳态误差的计算89

6．2．1利用终值定理求取稳态误差89

6．2．2利用动态误差系数求取稳态误差94

6．3干扰作用下系统的稳态误差计算96

6．4降低稳态误差的主要措施97

习题698

7 根轨迹分析法100

7．1根轨迹的概念100

7．1．1根轨迹100

7．1．2根轨迹方程101

7．2根轨迹的基本规则102

7．3绘制根轨迹107

7．4根轨迹的分析109

习题7111

8 频率响应法112

8．1频率响应的基本概念112

8．2奈魁斯特图115

8．2．1典型环节的奈魁斯特图115

8．2．2系统的开环奈魁斯特图119

8．3波德图121

8．3．1对数幅频特性和对数相频特性121

8．3．2典型环节的波德图123

8．3．3系统的开环波德图128

8．3．4最小相位传递函数130

8．3．5实验确定传递函数131

8．4频域稳定性判据133

8．4．1奈魁斯特稳定判据133

8．4．2波德稳定判据139

8．5控制系统的稳定裕量140

8．5．1相位裕量140

8．5．2幅值裕量140

8．5．3稳定裕量的计算141

8．6控制系统的闭环频率特性143

8．6．1等M圆图144

8．6．2等N圆图145

8．6．3利用等M圆和等N圆图求系统闭环频率特性145

8．7频域性能指标与时域性能指标的关系147

8．7．1闭环频域性能指标与时域性能指标的关系147

8．7．2开环频域性能指标与动态性能指标的关系148

8．7．3开环波德图与时域性能指标的关系149

习题8151

9 控制系统的校正154

9．1串联校正155

9．1．1基本控制规律155

9．1．2相位超前校正161

9．1．3相位滞后校正164

9．1．4相位滞后-超前校正167

9．2反馈校正168

习题9170

参考文献172