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目 录 1

第一章绪论 1

§1-1 自动控制和自动控制系统 1

§1-2自动控制系统的传递方块图 2

§1-3 自动控制系统的分类 3

一、开环控制系统与闭环控制系统 3

二、定值、随动和程序控制系统 4

三、线性与非线性控制系统 5

四、连续与离散控制系统 5

五、单变量与多变量控制系统 6

§1-4自动控制系统的性能指标 7

习题 8

第二章系统的数学模型 10

§2-1系统的微分方程 10

一、系统微分方程式的建立 10

二、非线性特性的线性化 12

三、无量纲化运动方程式 13

四、典型系统微分方程的列写 14

§2-2瞬态响应函数 19

一、脉冲响应函数 19

二、阶跃响应函数 21

§2-3拉氏变换和传递函数 22

一、拉氏变换 22

§9-8最优控制 25

二、传递函数 26

一、比例环节 28

二、惯性环节 28

§2-4典型环节及其传递函数 28

三、积分环节 29

四、微分环节 30

五、振荡环节 31

六、延迟环节 35

一、环节的三种基本连接 37

§2-5系统的方块图和传递函数 37

二、方块图的等效变换和简化 39

§2-6 电网络及仪表部件的传递 45

函数 45

一、无源电网络 45

二、运算放大器电路 48

三、控制系统用电机 50

四、齿轮系 53

五、差动变压器式压力传感器 54

§2-7信号流图 55

一、信号流图及其性质 55

二、系统方块图与信号流图的关系 57

三、信号流图的简化规则 58

四、梅逊增益公式 58

习题 62

一、稳定性的基本概念 70

§3-1控制系统的稳定性 70

第三章时域分析法 70

二、线性系统的稳定性 71

三、判别系统稳定性的代数判据 73

四、代数判据的应用 78

§3-2控制系统的稳态误差 82

一、稳态误差和误差传递函数 82

二、参考输入下的稳态误差 84

三、扰动输入引起的稳态误差 87

五、降低稳态误差的方法 89

四、系统本身特性变化引起的稳态输出变化 89

§3-3控制系统的瞬态响应分析 90

一、自动控制系统瞬态响应性能指 90

标 90

二、二阶系统瞬态响应性能指标 92

三、二阶系统的脉冲响应 97

四、三阶系统的单位阶跃响应 98

五、高阶系统的瞬态响应分析 99

设计 100

§3-4自动控制系统的计算机辅助 100

一、模拟计算机在控制系统研究中的应用 101

二、数字计算机在控制系统研究中的应用 104

习题 114

第四章根轨迹法 120

§4-1 根轨迹的基本概念及绘制条件 120

§4-2绘制根轨迹的基本规则 122

一、根轨迹的分支数和对称性 123

二、根轨迹的起点和终点 123

三、实轴上的根轨迹 124

四、根轨迹的渐近线 125

五、根轨迹与实轴的交点 127

六、根轨迹的出射角和入射角 131

七、根轨迹与虚轴的交点 132

九、放大系数的求取 133

八、根轨迹的发散性 133

一、控制系统的根轨迹分析法 138

§4-3控制系统的根轨迹分析 138

二、开环零点对系统根轨迹的影响 140

三、开环极点对系统根轨迹的影响 142

四、偶极子对系统性能的影响 142

§4-4具有纯延迟系统的根轨迹分析 145

一、延迟系统的根轨迹方程 145

二、延迟系统的根轨迹绘制和分析 149

§4-5广义根轨迹 151

一、开环零点变化时的根轨迹 151

二、开环极点变化时的根轨迹 152

三、零度根轨迹 153

§4-6绘制根轨迹的计算机方法 156

一、分支跟随法的算法要点 156

图 160

二、分支跟随法绘制根轨迹程序框 160

习题 162

第五章频率特性法 167

§5-1 频率特性及其与传递函数的关系 167

一、频率特性的基本概念 167

二、频率特性与传递函数的关系 169

§5-2幅相频率特性 170

一、典型环节的幅相频率特性 170

二、开环系统的幅相频率特性 176

§5-3对数频率特性 180

一、对数频率特性 180

二、典型环节的对数频率特性 182

三、开环系统的对数频率特性 187

§5-4 最小相位系统和非最小相位系 189

统 189

一、奈魁斯特稳定判据 190

§5-5控制系统稳定性的频率判据 190

二、奈氏判据的数学证明 193

三、奈氏判据的应用 197

四、利用对数频率特性分析系统的稳定性 201

五、多回路系统的稳定性分析 203

六、稳定裕量 203

§5-6控制系统性能指标的估算 204

一、二阶系统频率特性与其时间响应过程的关系 205

二、闭环系统的频率特性和尼柯尔斯（Nichols）图 206

三、高阶系统性能指标的估算 209

四、开环频率特性与闭环系统性能指标的关系 210

§5-7用计算机求取控制系统的频率特性和稳定裕量 213

一、开环系统频率特性的计算 213

二、控制系统增益裕量和相角裕量的计算 217

习题 219

§6-1综合校正的基本概念 225

正 225

第六章 自动控制系统的综合与校 225

§6-2串接超前校正 226

一、超前网络 226

二、基于根轨迹法的超前校正综合 228

三、基于频率特性法的超前校正综 232

合 232

§6-3串接滞后校正 235

一、滞后网络 235

二、基于根轨迹法的滞后校正综合 236

合 238

三、基于频率特性法的滞后校正综 238

§6-4串接滞后－超前校正 241

一、滞后－超前校正网络 241

二、基于根轨迹法的滞后－超前校 242

正综合 242

三、基于频率特性法的滞后－超前 245

校正综合 245

§6-5零极点相消校正 248

一、零极点相消校正的原理 248

二、实现复数零极点的T桥网络 250

三、零极点相消校正实例 251

§6-6希望对数幅频特性法串接校 253

正 253

§6-7局部反馈校正 256

一、局部反馈校正的综合方法 257

二、速度或测速发电机反馈校正 259

§6-8控制系统校正的计算机辅助设 261

计 261

一、校正装置零极点的确定 261

二、校正装置结构形式的确定 263

三、系统设计的计算机程序 263

四、应用举例 266

习题 267

一、非线性系统的特殊现象 274

第七章非线性控制系统的分析方 274

法 274

§7-1 控制系统中的非线性 274

二、研究非线性控制系统的一般方 277

法 277

§7-2典型非线性特性及其对控制系 278

统的影响 278

一、饱和特性 278

二、死区（不灵敏区）特性 280

三、滞环特性 281

四、库仑摩擦和静摩擦特性 282

五、继电器特性 283

§7-3非线性特性的描述函数 283

一、描述函数的基本概念 283

二、典型非线性特性的描述函数 285

§7-4非线性系统的描述函数分析 293

一、非线性系统的稳定性分析 293

二、非线性系统极限环的消除 298

一、相平面法的基本概念 300

§7-5相平面法及相平面图 300

二、相平面图的绘制方法 301

三、相平面图的特性 305

§7-6非线性系统的相平面分析 312

一、线性系统瞬态响应分析 312

二、非线性系统的相平面分析 313

三、双位控制系统的相平面分析 318

§7-7分段线性化数字计算机仿真 321

一、分段线性化仿真的基本原理 321

二、继电控制系统的仿真算法 322

三、仿真算法的程序实现 324

习题 326

一、采样系统实例 330

第八章采样系统与z变换法 330

§8-1信号的采样和保持 330

二、信号的采样和保持 332

一、z变换的定义 337

§8-2 z变换 337

二、z变换的基本定理 340

三、改进z变换 346

四、z反变换 348

§8-3采样系统的数学模型 350

一、差分方程 350

二、差分方程的求解 353

三、脉冲传递函数 355

§8-4采样系统的分析 362

一、采样系统的过渡过程 362

二、采样系统的稳定性 365

一、根轨迹法和频率特性法提要 371

二、采样系统的校正 371

§8-5采样系统的设计校正 371

§8-6采样控制系统的计算机仿真 377

一、系统采样时刻值的仿真 377

二、采样时刻之间值的仿真 378

三、改进z变换仿真方法的程序实现 380

习题 382

第九章状态空间分析法 386

§9-1状态变量和状态空间表达式 386

一、状态空间表达式的建立 386

二、多变量系统和传递函数阵 386

三、状态空间表达式与传递函数阵 390

§9-2状态空间表达式的建立 391

一、由系统运动规律建立状态空间表 391

达式 391

间表达式 392

二、由系统的结构方块图建立状态空 392

三、由系统的高阶微分方程建立状态空间表达式 393

§9-3线性系统状态方程的解 398

一、线性定常系统齐次状态方程的解 398

二、线性定常系统的状态转移阵 399

三、线性系统非齐次方程的解 400

§9-4离散时间系统的状态空间表达 401

式 401

一、离散时间系统的状态空间表达式 401

的建立 401

二、离散时间系统状态方程的解 402

三、连续时间系统的离散化 404

§9-5李雅普诺夫稳定性分析 405

一、李雅普诺夫意义下的稳定性 405

二、李雅普诺夫函数及其性质 407

三、李雅普诺夫稳定性理论 408

四、线性系统的李雅普诺夫稳定性分 409

析 409

§9-6线性系统的能控性和能观性 410

一、能控性 410

二、能观性 415

§9-7线性系统状态空间的综合方 418

法 418

一、子系统联接方式 418

二、解耦控制 421

三、极点配置 423

一、最优控制的概念 425

二、系统参数最优化问题 426

三、最优状态反馈控制 428

习题 430

参考文献 432