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第一章 自动控制系统的基本概念 1

§1-1 自动控制和自动控制系统 1

目录 1

一、人工控制 2

二、自动控制 3

§1-2 自动控制系统的方框图与基本环节 4

§1-3 自动控制系统的基本类型 8

一、恒值控制系统和随动控制系统 8

二、线性控制系统和非线性控制系统 8

三、连续控制系统和采样控制系统 9

二、准确性 10

三、快速性 10

§1-4　对自动控制系统的要求及本课程的基本任务 10

一、稳定性 10

小结 11

思考题及习题 11

第二章 控制系统的数学模型 13

§2-1　动态微分方程的建立 13

§2-2　传递函数 18

一、传递函数的概念 19

二、典型环节及其传递函数 22

§2-3　系统动态结构图 27

§2-4　结构图的等效变换及系统传递函数 32

一、环节组合的基本结构图及其传递函数 32

二、综合点与引出点的变位移动 35

三、自动控制系统的传递函数 36

四、系统传递函数求取举例 37

五、梅逊（S．J．Mason）公式 42

小结 45

思考题 45

习题 46

一、典型输入信号 51

§3-1　典型输入信号和时域性能指标 51

第三章　时域分析法 51

二、输入量为单位阶跃函数时系统的暂态性能指标 53

§3-2　控制系统的稳定性分析 53

一、线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件 53

二、劳斯判据 54

三、古尔维茨判据 57

四、代数判据的应用 58

§3-3　控制系统的暂态响应分析 60

一、一阶系统的暂态响应分析 60

二、二阶系统的暂态响应分析 62

三、二阶系统的暂态性能指标 64

四、高阶系统的暂态响应分析 69

一、给定稳态误差 70

§3-4　控制系统的稳态误差分析 70

二、扰动稳态误差 73

三、减小稳态误差的方法 75

小结 75

思考题及习题 76

第四章　根轨迹法 79

§4-1　根轨迹的基本概念及绘制条件 79

一、根轨迹的基本概念 79

二、根轨迹方程及绘制条件 80

§4-2　绘制根轨迹的基本规则 81

三、根轨迹的对称性 82

四、实轴上的根轨迹 82

一、根轨迹的起点和终点 82

二、根轨迹的分支数 82

五、根轨迹的渐近线 83

六、根轨迹的分离点与会合点 84

七、根轨迹的入射角和出射角 85

八、根轨迹与虚轴的交点 86

九、根之和 86

§4-3　根轨迹绘制举例 87

§4-4　参量根轨迹的绘制 91

一、闭环零、极点分布与阶跃响应的定性关系 93

§4-5　用根轨迹法分析自动控制系统 93

二、控制系统根轨迹分析举例 94

三、用根轨迹法分析系统的一般步骤 95

§4-6　根轨迹的改造 95

一、增加开环零点对根轨迹的影响 95

二、增加开环极点对根轨迹的影响 96

三、增加开环偶极子对根轨迹的影响 97

小结 97

习题 98

§5-1　频率特性 100

一、定义 100

第五章　频率法 100

二、频率特性的图示 101

三、系统频率特性与传递函数的关系 102

§5-2　频率特性的极坐标图 103

一、典型环节的频率特性及其极坐标图 103

二、开环系统的极坐标图 105

§5-3　奈奎斯特（Nyquist）稳定性判据 107

一、幅角原理 107

二、奈奎斯特（N氏）曲线 108

三、条奎斯特判据（N氏判据） 108

一、最小相位系统和非最小相位系统 111

二、系统的稳定裕量 111

§5-4　系统稳定的性能指标 111

§5-5　频率特性的对数坐标图（Boce图） 112

一、Bode图 112

二、典型环节的Bode图 112

三、开环系统的Bode图 115

§5-6　系统的Bode图分析 116

一、稳定性能的分析 116

二、稳态性能的分析 119

三、暂态性能的分析 121

一、时域性能指标与ζ的关系 123

二、频域性能指标与ζ的关系 123

§5-7　二阶系统的频率特性与ζ的关系 123

三、二阶系统的频率特性与暂态性能的关系 124

§5-8　闭环幅频特性的描绘 124

一、等M圆 125

二、应用等M圆族确定Mr、ωr和ωb 126

三、应用等M圆求相角裕量 126

四、开环频率特性的对数幅-相图 127

五、尼科尔斯（Nichols）图 128

六、利用尼科尔斯（Nichols）图线确定性能指标 128

小结 129

思考题及习题 130

二、校正方式 132

一、什么是系统校正和校正装置 132

第六章 控制系统的综合校正 132

§6-1　系统校正概述 132

三、性能指标 133

四、校正装置的设计方法 134

§6-2　常用校正装置及其特性 135

一、超前校正装置 135

二、滞后校正装置 136

三、滞后-超前校正装置 137

§6-3　用根轨迹法进行串联校正 139

一、串联超前校正 139

二、串联滞后校正 141

一、用伯德图进行串联超前校正 142

§6-4　用频率法进行串联校正 142

二、用伯德图进行串联滞后校正 145

三、用伯德图进行串联滞后-超前校正 147

§6-5　按希望模型进行串联校正 149

一、典型二阶开环模型及其特性 150

二、按最佳二阶开环模型校正系统 150

三、应用二阶最佳模型设计校正装置的一般步骤和方法 151

§6-6　局部反馈校正 152

一、局部反馈校正的方法 153

§6-7　复合校正 154

二、举例 154

一、反馈控制与前置校正的复合控制 155

二、反馈控制与扰动补偿校正的复合控制 156

小结 157

习题 157

第七章　非线性控制系统 159

§7-1　典型非线性特性及其对系统性能的影响 159

一、饱和特性 159

二、死区特性 159

三、回环特性 160

四、继电器特性 160

§7-2　描述函数法 161

一、描述函数法的基本思想和应用条件 162

二、描述函数的表示式 162

三、典型非线性元件的描述函数 163

§7-3　用描述函数法研究非线性控制系统 174

一、非线性控制系统的稳定性分析 174

二、非线性控制系统的自振荡分析 175

三、应用举例 176

四、系统的校正 180

小结 182

习题 182

一、采样脉冲控制系统 186

§8-1　采样控制系统的基本概念 186

第八章　采样控制系统 186

二、采样数字控制系统 188

§8-2　采样过程与采样定理 189

一、采样过程 189

二、采样定理 191

三、信号复现 192

§8-3　z变换 195

一、z变换的定义 195

二、z变换的求取 196

三、z变换的基本定理 198

四、z反变换 202

§8-4　采样控制系统的数学模型 203

一、差分方程 203

二、脉冲传递函数 207

§8-5　采样控制系统的时域分析 212

一、采样控制系统的稳定性 212

二、采样控制系统的暂态性能 215

三、采样控制系统的稳态误差 218

小结 220

思考题及习题 220

附录 223

参考文献 225