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第1章　绪论 1

1.1 引言 1

1.2 自动控制系统基本概念 1

1.3　开环控制和闭环控制 4

1.3.1 开环控制 4

1.3.2 闭环控制 5

1.3.3 复合控制 7

1.4 自动控制系统的分类 8

1.4.1　按给定信号的特征划分 8

1.4.2　按系统的数学描述划分 9

1.4.3　按信号传递的连续性划分 10

1.4.4　按系统的输入与输出信号的数量划分 12

1.5 自动控制系统的基本组成 12

1.5.1　给定装置 13

1.5.2　检测装置 13

1.5.3 比较装置 13

1.5.4　放大装置 13

1.5.5　执行装置 13

1.5.6　校正装置 13

1.6　对控制系统的性能要求 14

1.6.1　稳定性 14

1.6.2　快速性 15

1.6.3　准确性 15

1.7　MATLAB简介 16

习题 17

第2章　控制系统的数学模型 19

2.1　拉普拉斯变换和反变换 19

2.1.1　拉氏变换的定义 19

2.1.2　拉氏变换表 20

2.1.3　拉氏变换的性质和定理 20

2.1.4　拉氏反变换 22

2.2　系统微分方程的建立 27

2.2.1　线性系统微分方程的列写 27

2.2.2　用拉普拉斯变换求解微分方程 29

2.2.3　微分方程的线性化 30

2.3　传递函数 33

2.3.1　传递函数的定义 33

2.3.2　典型环节的传递函数 34

2.4　系统方块图 36

2.4.1　方块图的组成 37

2.4.2　方块图的建立 37

2.4.3　方块图的等效变换 40

2.4.4　方块图简化示例 44

2.4.5　用梅逊公式求传递函数 47

2.5　控制系统的传递函数 48

2.6　MATLAB在数学模型中的应用 49

习题 51

第3章　时域分析法 55

3.1　典型输入信号和时域性能指标 55

3.1.1　典型输入信号 55

3.1.2　时域性能指标 58

3.2　一阶系统性能分析 59

3.2.1　数学模型 59

3.2.2　典型输入响应 59

3.3　二阶系统性能分析 63

3.3.1　数学模型的标准式 63

3.3.2　典型二阶系统的单位阶跃响应 65

3.3.3　二阶欠阻尼系统的动态性能指标 68

3.3.4　二阶系统的单位脉冲响应 75

3.3.5　二阶系统的单位斜坡响应 76

3.4　高阶系统的时间响应 77

3.5　稳定性分析及代数判据 79

3.5.1　系统稳定的充分必要条件 79

3.5.2　劳斯判据 80

3.6　稳态误差分析及计算 84

3.6.1　误差及稳态误差定义 84

3.6.2 利用终值定理求稳态误差 85

3.6.3 系统的型别与开环增益 86

3.6.4　误差系数 87

3.6.5 误差系数在稳态误差计算中的应用 88

3.6.6　扰动作用下的稳态误差计算 93

3.6.7 给定输入、扰动共同作用下系统误差 94

3.6.8　减小稳态误差的方法 95

3.7 MATLAB在时域分析中的应用 95

3.7.1 应用MATLAB分析系统的动态特性 96

3.7.2 应用MATLAB分析系统的稳定性 97

3.7.3　稳态误差分析 99

习题 100

第4章　频域分析法 104

4.1　频率响应和频率特性 104

4.1.1　频率响应 104

4.1.2　频率特性 105

4.1.3　频率特性的求取方法 107

4.2　频率特性的图示法——奈奎斯特图和波德图 107

4.2.1　奈奎斯特图 107

4.2.2　波德图 109

4.3　典型环节的频率特性 111

4.3.1　典型环节的奈奎斯特图和波德图 111

4.4　控制系统开环频率特性 121

4.4.1　开环奈奎斯特图 121

4.4.2　开环波德图 125

4.4.3　由波德图确定系统传递函数 139

4.5　稳定性的频域判据 143

4.5.1　奈奎斯特稳定判据 143

4.5.2　对数频率（波德图）稳定判据 144

4.5.3　系统的相对稳定性及稳定裕量 147

4.6　波德图的判读 152

4.6.1　开环波德图的判读 152

4.6.2　闭环波德图的判读 153

4.7　MATLAB在频域分析中的应用 156

4.7.1　奈奎斯特图 156

4.7.2　波德图 157

习题 159

第5章　控制系统的设计与校正 162

5.1　设计和校正概述 162

5.1.1　控制系统的设计 162

5.1.2　技术思路和设计指标 163

5.1.3 常用校正装置及其特点 163

5.1.4　希望的波德图 164

5.2　串联校正 166

5.2.1 串联超前校正 167

5.2.2　串联滞后校正 170

5.2.3 串联滞后——超前校正 174

5.2.4 串联超前、串联滞后和串联滞后——超前校正的比较 177

5.3　PID校正 177

5.3.1　PID控制器 177

5.3.2　基本控制规律 178

5.4　局部反馈校正 184

5.4.1　反馈校正原理 184

5.4.2　局部反馈校正的基本形式与特点 185

5.4.3　局部反馈校正的影响 187

5.4.4　反馈校正装置的设计步骤 189

5.4.5　串联校正与反馈校正的比较 191

5.5　复合控制 192

5.5.1　按输入补偿的复合控制 192

5.5.2　按扰动补偿的复合控制 193

5.6　自动控制在机械工程中的应用 194

5.7　MATLAB在系统校正中的应用 200

5.7.1　串联超前校正 200

5.7.2　串联滞后校正 202

5.7.3　串联滞后—超前校正 204

习题 205

附录 208

附录1　常用函数的拉普拉斯变换表 208

附录2　MATLAB基础知识 209

参考答案 223