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第1章 绪论 1

引言 1

开环控制系统和闭环控制系统 2

开环控制系统 2

闭环控制系统 3

闭环控制系统的组成 4

自动控制系统的类型 5

线性控制系统和非线性控制系统 6

连续控制系统和离散控制系统 6

恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统 7

定常控制系统和时变控制系统 8

自动控制系统举例 8

习题 11

第2章 自动控制系统的数学模型 15

系统微分方程的建立 15

非线性微分方程的线性化 18

传递函数 20

传递函数的定义 20

传递函数的性质 21

典型环节及其传递函数 22

动态结构图 27

动态结构图的组成 27

动态结构图的绘制 27

动态结构图的等效变换 31

闭环系统的传递函数 36

结构图等效变换举例 37

信号流图 39

信号流图的组成 39

信号流图的绘制 40

梅森公式 41

习题 44

第3章 时域法 50

典型输入函数和时域性能指标 50

系统的稳定性 50

自动控制系统的典型输入信号 51

时域性能指标 53

一阶系统的时域分析 54

一阶系统的数学模型 54

一阶系统的单位阶跃响应 55

二阶系统的时域分析 57

二阶系统的数学模型 57

二阶系统的单位阶跃响应 57

二阶欠阻尼系统的动态性能指标 60

二阶系统特征参数与暂态性能指标之间的关系 63

二阶系统工程最佳参数 64

二阶系统计算举例 64

高阶系统的时域分析 68

控制系统的稳定性分析 70

系统稳定性的基本概念 70

稳定判据 71

稳态误差 78

稳态误差的定义 79

自动控制系统的类型 80

给定输入作用下稳态误差系数和稳态误差分析 80

扰动输入作用下的稳态误差分析 85

减小稳态误差的方法 87

习题 90

第4章 根轨迹法 96

根轨迹的基本概念 96

根轨迹 96

根轨迹方程 98

绘制根轨迹的基本法则 100

根轨迹的基本法则 100

根轨迹的绘制与分析 108

参数根轨迹的绘制 113

零度根轨迹的绘制 116

利用根轨迹分析系统性能 118

暂态响应性能分析 118

主导极点与偶极子 119

根轨迹分析 119

习题 121

第5章 频域法 124

频率特性 124

频率特性的表示方法 125

幅相频率特性的表示方法 125

对数幅相频率特性的表示方法 126

典型环节的频率特性 127

开环频率特性的绘制 140

开环幅相频率特性的绘制 140

开环对数幅相频率特性的绘制 146

用频率法分析控制系统的稳定性 152

奈奎斯特稳定判据 152

系统的稳定裕度 163

闭环系统频率特性 164

闭环频率特性曲线的绘制 164

闭环系统等M圆、等N圆及尼科尔斯图 165

系统暂态特性和闭环频率特性的关系 167

开环频率特性与系统阶跃响应的关系 169

习题 171

第6章 控制系统的校正 179

引言 179

控制系统的性能指标与校正概念 179

校正方式 180

基本校正规律 181

校正方法 183

用频率法校正的特点 183

校正装置 184

超前校正装置 184

滞后校正装置 186

滞后-超前校正装置 187

期望的对数频率特性 190

串联校正 191

串联超前校正 191

串联滞后校正 193

串联滞后-超前校正 196

反馈校正 198

反馈校正的原理 198

反馈校正的作用 199

反馈校正装置的设计 201

复合校正 204

反馈与按输入前馈的复合控制 204

反馈与按扰动前馈的复合控制 205

习题 206

第7章 采样控制系统分析法 210

采样控制系统的基本概念 210

采样控制系统 210

数字控制系统 211

采样过程与采样定理 212

采样过程 212

采样信号的频谱 213

采样定理 214

信号的复现 215

z变换 217

z变换的定义 217

z变换的求法 218

z变换的性质 220

z反变换 222

差分方程 223

差分方程概述 223

差分方程的解法 223

脉冲传递函数 224

脉冲传递函数的定义 225

开环脉冲传递函数 225

闭环脉冲传递函数 227

应用z变换法分析系统的条件 230

采样系统的性能分析 230

采样系统的稳定性 230

采样系统闭环极点与动态响应的关系 234

采样系统的稳态误差 235

最少拍采样控制系统的设计 237

习题 240

第8章 非线性控制系统分析法 243

概述 243

非线性系统的研究方法 243

典型非线性环节 243

非线性系统的特点 245

描述函数法 246

描述函数的基本概念 246

典型非线性特性的描述函数 248

非线性系统的简化 252

用描述函数法分析非线性系统 254

稳定性判据 254

自激振荡 256

用描述函数法分析非线性系统 256

相平面法 261

相平面图 261

相轨迹和相平面图的性质 263

奇点的类型 264

相平面图中的极限环 266

由相平面图求时间响应 266

相轨迹的绘制方法 267

解析法 267

图解法 268

非线性系统的相平面分析 270

死区型非线性系统 271

继电器非线性系统 272

非线性系统的校正 273

对线性部分进行校正 273

改变非线性特性 274

习题 274

第9章 状态空间法 277

基本概念 277

几个定义 277

状态空间表达式的一般形式 279

状态空间表达式的建立 280

由微分方程建立状态空间表达式 280

由传递函数建立状态空间表达式 282

组合系统的状态空间表达式 286

并联连接 286

串联连接 286

反馈连接 287

状态方程的线性变换 288

系统的特征值及其不变性 288

将状态方程化为对角标准形 289

将状态方程化为约当标准形 291

由状态空间表达式求传递函数矩阵 292

传递函数矩阵的概念 292

由状态空间表达式求传递函数矩阵 292

离散系统的状态空间表达式 293

线性定常连续系统状态方程的解 294

齐次状态方程的解 294

状态转移矩阵的性质 294

eAt的计算方法 295

非齐次状态方程的解 297

线性定常系统的能控性和能观测性 297

能控性和能观测性定义 298

线性定常系统的能控性判据 298

线性定常系统的能观测性判据 302

单输入-单输出系统的能控标准形和能观测标准形 304

状态反馈与状态观测器 307

状态反馈 307

状态反馈的性质 307

状态反馈的极点配置 308

状态观测器的设计 310

带状态观测器的状态反馈系统 312

李亚普诺夫稳定性分析 314

李亚普诺夫第二法概述 314

李亚普诺夫稳定性定义 315

李亚普诺夫稳定性定理 316

线性定常连续系统的稳定性分析 316

习题 317

参考文献 321