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第1章 绪论 1

1.1 控制系统的负反馈原理 1

1.2 动态系统的研究内容 5

小结 7

习题 7

第2章 动态系统建模 9

2.1 传递函数及方块图定义 9

2.2 机械系统建模 11

2.2.1 平移运动 11

2.2.2 旋转运动 18

2.3 电气系统建模 22

2.4 机电系统建模 26

2.5 系统建模的注意问题 28

2.5.1 完整性 28

2.5.2 非线性 30

2.6 系统方块图模型 32

2.6.1 方块图绘制 32

2.6.2 方块图连接 33

2.6.3 方块图等效变换 35

2.6.4 方块图化简 37

2.7 典型环节及其传递函数 39

2.8 系统传递函数 44

小结 46

习题 47

第3章 时域响应 51

3.1 系统时域响应求取 51

3.1.1 时域输入信号 51

3.1.2 时域响应的求取 53

3.2 典型系统的时域响应 55

3.2.1 一阶系统的时域响应 55

3.2.2 二阶系统的时域响应 58

3.3 瞬态响应指标 65

3.3.1 瞬态响应指标 65

3.3.2 二阶系统欠阻尼系统的瞬态响应指标 67

3.4 零极点分布与时域响应的关系 71

3.4.1 具有零点的二阶系统的时域响应 71

3.4.2 三阶系统的时域响应 73

3.4.3 高阶系统的时域响应 75

小结 77

习题 78

第4章 时域分析及校正 81

4.1 分析与校正的基本概念 81

4.2 系统的稳定性 83

4.2.1 稳定性的基本概念 83

4.2.2 劳斯-赫尔维茨稳定判据 88

4.3 系统的稳态精度 92

4.3.1 精度的基本概念 92

4.3.2 控制输入信号作用下的系统稳态误差 95

4.3.3 扰动信号作用下的系统稳态误差 99

4.3.4 动态系统的灵敏性 102

4.4 PID控制 104

4.4.1 PID控制律 104

4.4.2 PID控制的校正作用 105

4.4.3 PID参数整定 109

4.4.4 PID控制的实施 112

4.5 基于模型的校正 113

4.5.1 反馈校正 113

4.5.2 前置校正 116

4.5.3 复合控制 119

4.5.4 史密斯补偿 120

小结 121

习题 121

第5章 频域特性分析 125

5.1 频率特性 125

5.1.1 频率特性定义 125

5.1.2 频率特性求取 126

5.1.3 频率特性的物理意义 128

5.1.4 频率特性的图形表达 131

5.2 系统频域特性 133

5.2.1 典型环节频率特性 133

5.2.2 系统的开环频率特性 140

5.2.3 系统的闭环频率特性及特征参数 146

5.2.4 最小相位系统 148

5.2.5 基于频域的系统辨识 149

5.3 频域稳定性分析 153

5.3.1 Nquist判据 153

5.3.2 稳定裕量 161

小结 165

习题 165

第6章 频域校正 169

6.1 频域设计指标 169

6.1.1 频域指标与时域指标间的关系 169

6.1.2 频域三段论 170

6.2 校正装置及其频域特性 173

6.2.1 PID校正的频率特性 173

6.2.2 频域修形校正网络 175

6.3 频域分析法串联校正 180

6.3.1 超前校正 180

6.3.2 滞后校正 182

6.3.3 滞后-超前校正 185

6.4 频域综合法校正 188

6.4.1 希望对数幅频特性曲线 188

6.4.2 串联校正的综合确定法 191

6.4.3 反馈校正的综合确定法 192

小结 195

习题 195

第7章 根轨迹法 198

7.1 根轨迹定义及特性 198

7.1.1 根轨迹概念 198

7.1.2 根轨迹特性 202

7.2 根轨迹分析 214

7.2.1 根轨迹与希望闭环极点 214

7.2.2 开环零点和极点对根轨迹的影响 217

7.2.3 参数变化对闭环极点的影响 220

7.3 根轨迹串联校正 221

7.3.1 超前校正 221

7.3.2 滞后校正 224

7.3.3 滞后-超前校正 226

小结 229

习题 229

第8章 状态空间法 231

8.1 状态空间表达 231

8.1.1 状态空间表达的基本概念 231

8.1.2 系统状态空间表达式的获取及模型转换 233

8.1.3 状态向量的线性变换与对角化 240

8.1.4 状态方程的求解 242

8.2 系统的能控性和能观性 243

8.2.1 能控性和能观性的定义 243

8.2.2 能控性判别 244

8.2.3 能观性判别 245

8.3 状态空间的综合法校正 246

8.3.1 线性系统的反馈结构及其特性 246

8.3.2 状态反馈实现的极点配置 248

8.3.3 状态观测器设计 249

8.3.4 基于观测器的状态反馈 251

8.3.5 对偶系统及其应用 253

小结 254

习题 255

附录Ⅰ 拉普拉斯变换 257

Ⅰ.1 常用信号的拉普拉斯变换 257

Ⅰ.2 拉普拉斯变换主要运算定理 257

附录Ⅱ 校正网络 259

Ⅱ.1 无源校正网络 259

Ⅱ.2 有源校正网络 262

附录Ⅲ 常见系统图谱 265

附录Ⅳ MATLAB基础 271

Ⅳ.1 MATLAB入门 271

Ⅳ.1.1 语句和变量 271

Ⅳ.1.2 矩阵 272

Ⅳ.1.3 图形 272

Ⅳ.1.4 M文件 273

Ⅳ.1.5 SIMULINK基础 275

Ⅳ.2 MATLAB与动态系统 277

Ⅳ.2.1 多项式表达及多项式运算 277

Ⅳ.2.2 系统模型表达及系统连接 278

Ⅳ.2.3 系统时域响应 280

Ⅳ.2.4 系统频域响应 282

Ⅳ.2.5 稳定性判别 282

Ⅳ.2.6 根轨迹绘制 282

Ⅳ.2.7 状态空间函数 283

参考文献 284