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第1章 绪论 1

1.1 控制系统的工作原理与分类 1

1.1.1 控制系统的工作原理 1

1.1.2 闭环控制系统的基本组成 4

1.1.3 控制系统的分类 4

1.1.4 有关基本概念和术语 6

1.2 控制系统的基本要求及应用 6

1.2.1 对控制系统的基本要求 6

1.2.2 控制系统在机械工程中的应用 7

1.3 控制理论发展历史简介 10

1.3.1 经典控制理论 10

1.3.2 现代控制理论 11

1.4 本课程的学习方法和目标 11

1.4.1 本课程的学习方法 11

1.4.2 学习本课程要达到的目标 12

本章小结 12

本章习题及答案 12

第2章 控制理论的数学基础 15

2.1 复变函数及其有关定理 15

2.1.1 复数与复变函数 15

2.1.2 幅角原理（柯西定理） 18

2.2 拉普拉斯变换 19

2.2.1 拉普拉斯变换的定义 19

2.2.2 几种典型函数的拉普拉斯变换 20

2.2.3 拉普拉斯变换的主要定理 22

2.2.4 拉普拉斯逆变换 24

2.2.5 应用拉普拉斯变换解线性微分方程 28

2.3 傅里叶变换 30

2.3.1 傅里叶变换的定义 30

2.3.2 傅里叶变换的性质 30

2.3.3 傅里叶变换与拉普拉斯变换的关系 32

本章小结 33

本章习题及答案 33

第3章 控制系统的数学模型 35

3.1 控制系统的微分方程 35

3.1.1 建立数学模型的基本步骤 36

3.1.2 列写控制系统微分方程举例 36

3.1.3 微分方程的增量化表示 38

3.1.4 非线性微分方程的线性化 39

3.2 控制系统的传递函数 41

3.2.1 传递函数的概念和定义 42

3.2.2 传递函数的零点和极点 43

3.2.3 典型环节及其传递函数 44

3.2.4 传递函数方框图及其简化 51

3.2.5 反馈控制系统的传递函数 60

3.3 控制系统的频率特性 62

3.3.1 频率特性的基本概念 62

3.3.2 频率特性的图示方法 65

3.3.3 典型环节的频率特性图 67

3.3.4 闭环频率特性 77

3.3.5 最小相位系统与非最小相位系统 79

本章小结 80

本章习题及答案 80

第4章 时间响应分析 84

4.1 时间响应与典型输入信号 84

4.1.1 时间响应及其组成 84

4.1.2 典型输入信号 87

4.2 一阶系统 89

4.2.1 一阶系统的单位脉冲响应 89

4.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 90

4.3 二阶系统 91

4.3.1 二阶系统的单位脉冲响应 92

4.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 93

4.3.3 二阶系统时间响应的性能指标 95

4.4 高阶系统 100

4.5 控制系统的误差分析与计算 101

4.5.1 控制系统的误差与偏差 102

4.5.2 控制系统误差传递函数 103

4.5.3 控制系统稳态偏差的计算 104

本章小结 108

本章习题及答案 108

第5章 控制系统的稳定性 110

5.1 控制系统的稳定性概念 110

5.1.1 控制系统不稳定现象的发生 110

5.1.2 稳定性的定义和条件 112

5.1.3 李雅普诺夫稳定性概念和渐近稳定性 113

5.2 劳斯稳定性判据 115

5.2.1 控制系统稳定的必要条件 115

5.2.2 控制系统稳定的充要条件 116

5.2.3 劳斯稳定性判据的特殊情况 119

5.3 奈奎斯特稳定性判据 120

5.3.1 米哈伊洛夫定理 121

5.3.2 奈奎斯特稳定性判据 122

5.3.3 开环传递函数在虚轴上有极点时的稳定性 124

5.3.4 关于奈奎斯特稳定性判据的几点说明 126

5.3.5 奈奎斯特稳定性判据应用举例 127

5.3.6 具有延时环节的系统的稳定性分析 129

5.4 伯德稳定性判据 130

5.4.1 奈奎斯特图和伯德图的对应关系 130

5.4.2 穿越的概念 131

5.4.3 伯德稳定性判据 131

5.5 系统的相对稳定性 132

5.5.1 相位裕度 133

5.5.2 幅值裕度 134

本章小结 137

本章习题及答案 137

第6章 根轨迹法 140

6.1 根轨迹的基本概念 140

6.2 根轨迹方程 141

6.3 绘制根轨迹的规则和方法 143

6.4 根轨迹法的应用 150

6.4.1 用根轨迹法确定控制系统参数 150

6.4.2 增益给定时的闭环传递函数 152

6.4.3 阻尼比给定时的闭环极点和单位阶跃响应 153

本章小结 153

本章习题及答案 154

第7章 控制系统设计与性能校正7.1 控制系统设计概述 157

7.1.1 设计控制系统的一般原则 157

7.1.2 控制系统的设计步骤 158

7.1.3 控制系统的性能指标 159

7.1.4 常见校正方式 160

7.2 串联校正设计 161

7.2.1 相位超前校正 161

7.2.2 相位滞后校正 166

7.2.3 相位滞后-超前校正 170

7.3 PID校正设计 172

7.3.1 PID控制规律 173

7.3.2 PID校正环节 177

7.3.3 PID控制器设计 178

7.4 反馈校正设计 180

7.4.1 位置反馈校正 180

7.4.2 速度反馈校正 181

7.5 恒值控制系统设计实例 182

7.5.1 单回路直流调速系统的组成与工作原理 183

7.5.2 直流调速系统的性能指标要求 184

7.5.3 控制系统数学模型的建立 185

7.5.4 控制系统开环放大系数的确定 188

7.5.5 控制系统校正装置参数的确定 189

7.5.6 控制系统校正装置的工程实现 193

7.6 伺服控制系统设计实例 194

7.6.1 概述 195

7.6.2 控制系统的组成和工作原理 195

7.6.3 控制系统性能分析 196

本章小结 199

本章习题及答案 200

主要参考文献 202