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第一章 绪论 1

1-1 自动控制和自动控制系统 1

一、自动控制和自动控制系统 1

二、开环控制系统与闭环控制系统 2

1-2 自动控制系统的类型 4

一、线性系统与非线性系统 5

二、连续系统与离散系统 7

三、确定系统与不确定系统 8

四、单输入单输出系统与多输入多输出系统 9

1-3 对自动控制系统的要求 10

一、对系统的要求 10

二、典型输入信号 10

三、系统的性能指标 13

1-4 本课程的基本任务 15

习题 16

参考资料 17

第二章 系统的数学模型 18

2-1 数学模型 18

2-2 系统微分方程式的建立 19

2-3 线性化 28

一、非线性数学模型的线性化 29

二、反馈控制系统线性化微分方程式的建立 35

2-4 传递函数 37

一、定义 37

二、零点、极点和传递系数 38

2-5 典型环节及其传递函数 41

一、比例环节 41

二、惯性环节 41

三、积分环节 42

四、微分环节 43

五、振荡环节 45

六、延滞环节 45

2-6 系统的结构图和传递函数 47

一、系统的结构图 47

二、环节连接组合的基本形式 48

三、结构图的变换和简化 49

2-7 多输入多输出系统的结构图和传递矩阵 52

一、传递矩阵 52

二、闭环系统的传递矩阵 55

2-8 信号流图 55

一、信号流图及其构作 55

二、几个定义 57

三、信号流图的简化法则 58

四、梅逊增益公式 61

五、已知系统结构图时，梅逊公式的应用 64

2-9 状态变量表达式 66

一、状态变量表达式及其建立 66

二、举例 70

三、状态变量的非唯一性 72

2-10 状态变量表达式和传递函数（或矩阵） 74

一、由状态变量表达式求传递矩阵 74

二、传递矩阵的不变性 75

三、两个系统联接后的状态变量表达式和传递矩阵 76

2-11 由传递函数求状态变量表达式 78

一、单输入单输出系统传递函数的实现 78

二、多输入多输出系统传递矩阵的实现 81

习题 83

参考资料 86

第三章 系统分析 87

3-1 稳态误差 87

一、稳态误差 87

二、稳态误差计算 88

三、主扰动输入引起的稳态误差 91

四、系统静特性变化引起的误差 92

五、关于降低稳态误差问题 92

3-2 稳定性 95

一、稳定性的基本概念 95

二、略普诺夫对稳定性的定义 96

三、线性系统的稳定性 97

四、实际系统按线性化模型判别稳定性问题——略普诺夫第一法 98

五、判别系统稳定性的基本方法 100

3-3 劳斯-赫尔维茨判据 100

一、系统稳定性的初步鉴别 100

二、劳斯判据 101

三、稳定裕量的检验 104

四、应用劳斯判据分析系统参数对稳定性的影响 105

五、应用劳斯判据鉴别延滞系统的稳定性 106

六、赫尔维茨判据 107

3-4 瞬态质量 110

3-5 二阶系统的瞬态质量分析 111

一、二阶系统的阶跃响应 112

二、二阶系统的瞬态响应性能指标 114

三、二阶系统的脉冲响应 117

四、线性定常系统的重要特性 117

五、二阶系统的稳态误差、瞬态性能各指标之间的矛盾 119

3-6 高阶系统的瞬态质量分析 120

一、高阶系统的阶跃响应 120

二、高阶系统的近似分析 121

3-7 卷积分 121

一、卷积分 121

二、卷积分的简单性质 123

3-8 系统的模拟技术 125

一、模拟的含意 125

二、模拟的使用方式 126

三、模拟的类别 126

3-9 电子模拟计算机及其在控制系统研究中的应用 127

一、电子模拟计算机 127

二、电子模拟计算机在控制系统研究中的应用 128

3-10 应用数字计算机求解 135

习题 138

参考资料 140

第四章 根轨迹法 142

4-1 概述 142

4-2 绘制根轨迹的基本条件 142

4-3 以K1为参变量的根轨迹的绘制 145

4-4 以非K1为参变量的根轨迹的绘制 165

4-5 增加开环零、极点对根轨迹的影响 167

一、增加零点的影响 167

二、增加极点的影响 169

4-6 几个参变量的根轨迹族 171

4-7 用计算机绘根轨迹图 173

习题 177

参考资料 179

第五章 频率法 180

5-1 概述 180

5-2 频率特性 180

5-3 用频率特性确定系统在非谐波函数作用下的时间响应 184

5-4 频率特性图示法（一）一极坐标图 189

一、典型环节频率特性的极坐标图 189

二、开环系统的极坐标图 194

5-5 控制系统的极坐标图与稳定性 196

一、奈魁斯特稳定判据 196

二、带有延滞环节的线性系统的稳定性 206

三、稳定裕量 207

四、G（s）H（s）的附加极点和零点对奈氏曲线形状的影响 209

五、奈氏判据在多环系统中的应用 212

5-6 频率特性图示法（二）—对数坐标图 214

一、对数坐标图 214

二、典型环节的对数幅频特性与对数相频特性 215

三、开环系统的对数坐标图 223

四、最小相位系统 228

5-7 控制系统的对数坐标图与稳态误差 230

一、0型系统 230

二、1型系统 231

三、2型系统 232

5-8 对数坐标图与系统稳定性 232

5-9 对数坐标图与瞬态响应 234

一、对数幅频特性曲线中频段（幅值穿越频率附近）的斜率与瞬态响应的关系 234

二、对数幅频特性曲线的参数与瞬态响应的关系 236

5-10 频率特性与瞬态响应 245

一、二阶系统的时域性能指标与阻尼比的关系 246

二、二阶系统的频域性能指标与阻尼比的关系 246

5-11 闭环幅频特性的求法：等M圆（极坐标图）及尼氏图线 250

一、等M圆 250

二、应用等M圆确定Mp、ωr和ωb 252

三、应用等M圆确定相角裕量 253

四、开环频率特性的对数幅-相图 254

五、尼柯尔斯图线 255

六、应用尼氏图线确定非单位反馈系统的Mp 258

5-12 传递系数的调整 259

习题 260

参考资料 264

第六章 状态空间法 266

6-1 概述 266

6-2 线性系统齐次状态方程的解法—转移矩阵的求法 267

一、状态转移矩阵 267

二、状态转移矩阵的求法 268

6-3 状态转移矩阵的性质 288

6-4 线性系统非齐次状态方程的解法 289

一、线性系统非齐次状态方程的解法 289

二、伴随方程 292

6-5 关于应用计算机解状态方程问题 294

6-6 系统的脉冲响应 299

一、脉冲响应 299

二、脉冲响应的不变性 299

6-7 能控性和能观测性问题 300

一、能控性 300

二、能观测性 307

三、能控性、能观测性和传递函数的关系 312

四、系统的分解 314

五、能控性和能观测性之间的关系 315

6-8 状态变量表达式变换成能控或能观测标准形问题 316

一、变换成能控标准形 316

二、变换成能观测标准形 320

6-9 系统的稳定性 322

一、按系统矩阵A分析线性定常系统的稳定性 322

二、略普诺夫第二法—直接法 323

习题 326

参考资料 330