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第1章　自动控制的一般概念 1

1.1 自动控制 1

1.2　反馈控制原理 1

1.3　自动控制系统的分类 2

1.4　典型输入信号 3

习题1 4

第2章　控制系统的数学模型 6

2.1　系统微分方程的建立 6

2.1.1　系统微分方程的建立 6

2.1.2　拉普拉斯变换 7

2.1.3　线性常微分方程的拉氏变换法求解 9

2.2　传递函数 11

2.2.1　传递函数的定义 11

2.2.2　典型环节的传递函数 12

2.3　系统的状态方程 13

2.4　系统传递函数与状态方程的相互转换 16

2.4.1　由传递函数求状态方程 16

2.4.2　由状态方程求传递函数 17

2.5　结构图及其简化 19

2.5.1　结构图的组成 19

2.5.2　结构图的等效变换 19

2.6　信号流程图 23

2.6.1　常用术语 23

2.6.2　系统结构图改写为信号流图 24

2.6.3　梅逊（Mason）增益公式 25

习题2 25

第3章　时域分析 28

3.1　一阶系统的时间响应 28

3.1.1　一阶系统的数学模型 28

3.1.2　一阶系统的单位阶跃响应 28

3.1.3　一阶系统的单位脉冲响应 29

3.1.4　一阶系统的单位斜坡响应 29

3.1.5　一阶系统的单位抛物线响应 30

3.2　二阶系统的时间响应 30

3.2.1　二阶系统的数学模型 30

3.2.2　二阶系统的单位阶跃响应 31

3.2.3　动态性能指标 32

3.3　高阶系统的性能分析 33

3.4　稳态误差计算 35

3.4.1　误差传递函数 35

3.4.2　系统的类型和典型作用下的稳态误差 36

3.4.3　动态误差系数法 38

习题3 40

第4章　频率响应分析 42

4.1　频率特性 42

4.2　幅相频率特性曲线 43

4.3　对数频率特性曲线 45

4.3.1　对数坐标系 45

4.3.2　典型环节的对数频率特性 45

4.3.3　开环对数频率特性曲线 49

4.4　幅值裕度和相角裕度 51

习题4 52

第5章　根轨迹分析 54

5.1　根轨迹方程 54

5.1.1　控制系统的特征方程 54

5.1.2　幅值条件和相角条件 55

5.1.3　二阶控制系统计算法的根轨迹图 55

5.2　根轨迹绘制的基本法则 56

5.2.1　根轨迹的分支数 56

5.2.2　根轨迹的连续性和对称性 56

5.2.3　根轨迹的起点和终点 57

5.2.4　根轨迹的渐近线 57

5.2.5　实轴上的根轨迹 58

5.2.6　根轨迹的分离（会合）点 58

5.2.7　根轨迹的出射角和入射角 60

5.2.8　根轨迹与虚轴的交点 61

5.2.9　控制系统根轨迹的绘制 62

5.3　广义根轨迹 64

5.3.1　参数根轨迹 64

5.3.2　零度根轨迹 65

5.4　控制系统的根轨迹分析 66

5.4.1　系统稳定性的分析 66

5.4.2　闭环零、极点分布对系统性能的影响 68

5.4.3　利用主导极点估算系统的性能指标 69

习题5 70

第6章　控制系统的稳定性 72

6.1　代数法稳定性分析 72

6.1.1　稳定性定义 72

6.1.2　霍尔维茨（Hurwitz）稳定判据 73

6.1.3　劳斯（Routh）稳定判据 74

6.2　频率法稳定性分析 77

6.2.1　奈奎斯特（Nyquist）稳定判据 77

6.2.2　波德（Bode）稳定判据 77

6.3　根轨迹法稳定性分析 78

6.4　李雅普诺夫直接法稳定性分析 78

6.4.1　平衡状态及其稳定性 78

6.4.2　李雅普诺夫直接法稳定性定理 79

6.4.3　线性定常系统稳定判据 80

习题6 82

第7章　状态空间分析 84

7.1　状态方程的解 84

7.1.1　齐次状态方程的解 84

7.1.2　非齐次状态方程的解 85

7.2　矩阵指数 86

7.2.1　矩阵指数的性质 87

7.2.2　直接方法计算矩阵指数 88

7.2.3　拉氏变换法计算矩阵指数 88

7.2.4　化矩阵A为标准型法计算矩阵指数 89

7.3　系统的能控性 91

7.4　系统的能观测性 94

7.4.1　线性定常连续系统的能观测性 94

7.4.2　能观测性与能控性的对偶原理 95

7.4.3　能控标准型与能观测标准型 96

7.4.4　系统的分解 99

7.5　状态反馈与输出反馈 99

7.5.1　状态反馈与极点配置 99

7.5.2　输出反馈与极点配置 100

7.6　状态观测器 101

7.6.1　全维状态观测器 101

7.6.2　降维状态观测器 103

习题7 108

第8章　控制系统的综合 110

8.1　常用的校正网络 110

8.1.1　无源超前校正网络 110

8.1.2　无源迟后校正网络 111

8.1.3　无源迟后-超前校正网络 112

8.2　串联校正 113

8.2.1　串联超前校正 114

8.2.2　串联迟后校正 115

8.3　反馈校正 117

习题8 120

第9章　非线性控制系统 121

9.1　典型非线性特性 121

9.1.1　饱和特性 121

9.1.2　死区特性 121

9.1.3　间隙特性 122

9.1.4　摩擦特性 122

9.1.5　继电器特性 123

9.2　相平面法 123

9.2.1　相平面图的绘制 123

9.2.2　奇点 126

9.2.3　极限环 130

9.3　常见非线性特性的描述函数 131

9.3.1　描述函数的基本概念 131

9.3.2　非线性控制系统的典型结构 132

9.3.3　典型非线性特性的N（X） 135

9.3.4　非线性系统的分析 136

习题9 141

第10章　采样系统分析 142

10.1　采样系统的典型结构 142

10.2　信号的采样和保持 143

10.2.1　信号的采样过程 143

10.2.2　信号的保持过程 145

10.3　z变换 147

10.3.1　z变换的定义 147

10.3.2　z变换的求法 148

10.3.3　z变换的基本定理 151

10.3.4　z反变换 152

10.4　采样系统的差分方程及其解法 154

10.5　脉冲传递函数 155

10.6　采样系统的稳定性分析 162

10.6.1　时域中稳定判据 162

10.6.2　z域中稳定判据 163

10.6.3　ω变换与劳斯稳定判据 163

10.7　采样系统的分析 164

10.7.1　采样系统的时间响应 164

10.7.2　采样系统的稳态误差 165

习题10 166

第11章　控制系统MATLAB仿真 168

11.1　MATLAB系统概述 168

11.1.1 MATLAB的产生及主要内容 168

11.1.2　MATLAB语言的特点 169

11.2　MATLAB的安装、启动和基本操作 171

11.2.1　MATLAB的安装 171

11.2.2　MATLAB的启动和基本操作 171

11.3　自动控制系统的仿真 172

11.4　连续系统的时间响应曲线 174

11.4.1　连续系统的时间响应与动态性能指标 174

11.4.2　时间响应仿真常用的MATLAB语句 175

11.4.3　时间响应曲线的绘制举例 176

11.5　连续系统的根轨迹绘制 179

11.5.1　根轨迹的概念 179

11.5.2　根轨迹绘制的举例 181

11.6　线性连续系统的奈奎斯特图 183

11.7　线性连续系统的伯德图 185

11.8　MATLAB仿真的界面设计简介 187

11.8.1　图形用户界面简介 187

11.8.2　用户界面的简单设计 191

习题11 192

参考文献 194