控制工程基础PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　控制工程概述 1

1.1.1　控制系统的基本概念 1

1.1.2　控制系统的发展与应用 6

1.2　控制系统的分类 7

1.2.1　按反馈情况分类 7

1.2.2　按输入信号变化规律分类 8

1.2.3　按系统的数学描述分类 9

1.2.4　按系统内部的信号特征分类 9

1.3　对控制系统的基本要求 10

1.3.1　稳定性 10

1.3.2　快速性 10

1.3.3　精确性 11

习题 11

第2章　控制系统的数学模型 13

2.1　系统的微分方程 13

2.1.1　列写微分方程的一般方法 13

2.1.2　控制系统微分方程的列写 14

2.2　拉氏变换 15

2.2.1　拉氏变换的定义 15

2.2.2　拉氏变换定理 18

2.2.3　拉氏反变换 22

2.3　系统的传递函数 24

2.3.1　传递函数的定义 25

2.3.2　传递函数的基本性质 25

2.3.3　典型环节的传递函数 26

2.4　系统的框图及其简化 31

2.4.1　绘制系统框图的一般步骤 32

2.4.2　框图的连接方式 33

2.4.3　框图的简化 34

2.5　控制系统的传递函数 36

2.5.1　开环传递函数 37

2.5.2　给定输入作用下的闭环传递函数 37

2.5.3　扰动作用下的闭环传递函数 37

2.6　信号流图和梅逊公式 38

2.6.1　信号流图 38

2.6.2　梅逊公式 40

习题　 42

第3章　控制系统的时域分析 46

3.1　时间响应以及典型输入信号 46

3.1.1　时间响应的概念 46

3.1.2　典型输入信号 47

3.2　一阶系统的时域分析 49

3.2.1　一阶系统的数学模型 49

3.2.2　一阶系统的单位阶跃响应 50

3.2.3　一阶系统的脉冲响应 50

3.3　二阶系统的时域分析 51

3.3.1　二阶系统的数学模型 51

3.3.2　二阶系统的单位阶跃响应　 52

3.3.3　二阶系统阶跃响应的性能指标 55

3.3.4　二阶系统的脉冲响应 58

3.4　高阶系统的时域分析 61

3.4.1　高阶系统的单位阶跃响应 61

3.4.2　闭环主导极点 62

3.4.3　高阶系统阶跃性能指标估算 63

3.5　系统稳态误差分析 64

3.5.1　偏差及稳态误差的概念 64

3.5.2　系统的类型和偏差系数 66

3.5.3　典型输入作用下的稳态误差 66

3.5.4　扰动作用下的稳态误差 67

3.5.5　提高系统稳态精度的措施 69

习题 70

第4章　根轨迹法 73

4.1　根轨迹的基本概念 73

4.1.1　根轨迹 73

4.1.2　根轨迹方程、相角条件及幅值条件 74

4.2　绘制根轨迹的基本规则 77

4.3　广义根轨迹 83

4.3.1　参数根轨迹 83

4.3.2　零度根轨迹 85

4.4　利用根轨迹法进行系统性能分析 87

习题 89

第5章　控制系统的频域分析 92

5.1　频率特性概述 92

5.1.1　频率特性的基本概念 92

5.1.2　频率特性的求取方法 94

5.1.3　频率特性分析法的特点 97

5.2　频率特性的极坐标图（奈奎斯特图） 98

5.2.1　极坐标图的基本概念 98

5.2.2　典型环节的极坐标图 99

5.2.3　极坐标图的一般画法 103

5.3　频率特性的对数坐标图（波特图） 106

5.3.1　对数坐标图的基本概念 106

5.3.2　典型环节的对数坐标图 107

5.3.3　对数坐标图的一般画法 113

5.3.4　最小相位系统和非最小相位系统 115

5.4　频域性能指标与时域性能指标间的关系 118

5.4.1　闭环频率特性及其性能指标 118

5.4.2　二阶系统时域响应与频域响应的关系 120

习题 121

第6章　控制系统的稳定性分析 123

6.1　代数稳定性判据 123

6.1.1　稳定性的基本概念 123

6.1.2　系统稳定的条件 123

6.1.3　劳斯（Routh）稳定性判据 125

6.2　频域稳定性判据 129

6.2.1　奈奎斯特稳定性判据 129

6.2.2　对数频率特性稳定性判据 138

6.3　系统的相对稳定性 141

6.3.1　相位裕量 142

6.3.2　幅值裕量 143

习题 144

第7章　控制系统的综合和校正 147

7.1　系统校正的基本概念 147

7.1.1　系统的性能指标 147

7.1.2　校正的概念 149

7.1.3　校正的分类 149

7.2　校正方法和校正装置的设计 151

7.2.1　超前校正 151

7.2.2　滞后校正 156

7.2.3　滞后-超前校正 159

7.2.4　PID调节器 161

7.2.5　反馈校正 165

习题 167

第8章　离散控制系统 169

8.1　有关离散控制系统的基本概念 169

8.2　信号的采样、保持及转换 171

8.2.1　采样过程 171

8.2.2　采样定理 174

8.2.3　零阶保持器 176

8.2.4　A/D转换与D/A转换 178

8.3　Z变换及其反变换 179

8.3.1 Z变换 179

8.3.2 Z反变换 189

8.4　离散系统的数学模型 192

8.4.1　差分方程及其解法 192

8.4.2　脉冲传递函数 193

8.5　离散系统的稳定性分析 198

8.5.1　［s］平面到［Z］平面的映射 199

8.5.2　离散系统稳定的充分必要条件 201

8.5.3　w变换及基于w变换的离散系统稳定性分析 201

8.6　离散系统的稳态误差分析 207

8.6.1　离散系统稳态误差的计算方法 207

8.6.2　离散系统的类型与稳态误差系数 207

8.7　离散系统的瞬态响应分析 209

8.7.1　瞬态响应分析方法 209

8.7.2　采样器和零阶保持器对系统动态性能的影响 210

8.7.3　闭环脉冲传递函数极点分布与系统瞬态响应的关系 212

习题 215

第9章　线性定常系统的状态空间分析与综合 217

9.1　控制系统的状态空间表达式 218

9.1.1　状态空间表达式及模拟结构图 218

9.1.2　建立状态空间表达式 223

9.1.3　传递函数与状态空间表达式的等价转换 226

9.1.4　状态空间表达式变换为对角线和约旦标准型 231

9.2　控制系统状态空间表达式的解 238

9.2.1　齐次状态方程的解 238

9.2.2　状态转移矩阵（矩阵指数函数） 239

9.2.3　非齐次状态方程的解 247

9.3　控制系统的能控性与能观性 249

9.3.1　能控性的定义及判别准则 249

9.3.2　能观性的定义及判别准则 256

9.3.3　能控性与能观性的对偶关系 262

9.3.4　能控标准型与能观标准型 263

9.3.5　系统的规范分解 273

9.4　状态反馈与状态观测器 281

9.4.1　状态反馈 281

9.4.2　状态观测器 290

9.4.3　带状态观测器的闭环控制系统 296

习题 299

参考文献 305