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第1章 自动控制系统的基本概念 1

1.1 引言 1

1.1.1 自动控制的自然系统和人造系统 1

1.1.2 自动控制理论发展简史 2

1.1.3 自动控制中的常用术语 4

1.2 开环控制系统和闭环控制系统 4

1.2.1 开环控制系统 4

1.2.2 闭环控制系统 5

1.2.3 复合控制系统 8

1.3 自动控制系统的基本构成 8

1.4 自动控制系统的分类和应用 9

1.5 对自动控制系统的基本要求 11

思考题与习题 13

第2章 自动控制系统的数学模型 14

2.1 建立动态微分方程的一般方法 14

2.2 非线性系统微分方程模型的线性化 16

2.3 传递函数 18

2.3.1 拉普拉斯变换 18

2.3.2 传递函数 21

2.3.3 典型环节的传递函数 22

2.4 系统动态结构图 26

2.4.1 结构图的基本概念 26

2.4.2 结构图的组成和建立 27

2.4.3 结构图的等效变换 28

2.5 自动控制系统的传递函数 33

2.5.1 系统的开环传递函数 33

2.5.2 闭环系统的传递函数 33

2.5.3 闭环系统的偏差传递函数 34

2.6 信号流图 35

2.6.1 信号流图采用的符号及术语 35

2.6.2 信号流图的等效变换法则 36

2.6.3 梅逊增益公式 38

思考题与习题 40

第3章 线性系统的时域分析 43

3.1 自动控制系统时域响应的基本概念 43

3.2 自动控制系统的稳定性和代数稳定判据 44

3.2.1 自动控制系统稳定性 44

3.2.2 劳斯-胡维茨判据 45

3.3 一阶系统的阶跃响应 48

3.4 二阶系统的阶跃响应 49

3.5 二阶系统的时域指标 51

3.5.1 时域指标及其计算 51

3.5.2 具有零点的二阶系统 56

3.6 高阶系统 57

3.6.1 高阶系统的时域分析 57

3.6.2 主导极点和主导极点法 57

3.7 误差分析 58

3.7.1 稳态误差的概念 58

3.7.2 稳态误差的计算 58

3.7.3 动态误差系数 60

3.7.4 减小稳态误差的方法 63

思考题与习题 65

第4章 根轨迹分析法 67

4.1 根轨迹的基本概念 67

4.2 绘制根轨迹的基本条件和规则 68

4.2.1 根轨迹方程 68

4.2.2 绘制根轨迹的基本规则 69

4.3 特殊根轨迹 77

4.3.1 参数根轨迹 77

4.3.2 正反馈系统根轨迹 78

4.3.3 具有纯滞后环节系统的根轨迹 80

4.4 用根轨迹法分析系统性能 83

4.4.1 闭环极点的位置与系统性能的关系 83

4.4.2 增加开环零、极点对系统性能的影响 85

思考题与习题 86

第5章 频域分析法 88

5.1 频率特性及其表示法 88

5.1.1 频率特性的基本概念 88

5.1.2 频率特性的表示方法 90

5.2 典型环节的频率特性 93

5.2.1 比例环节的频率特性 93

5.2.2 惯性环节的频率特性 94

5.2.3 积分环节的频率特性 96

5.2.4 微分环节的频率特性 97

5.2.5 振荡环节的频率特性 99

5.2.6 时滞环节 101

5.2.7 最小相位与非最小相位环节 102

5.3 系统开环频率特性的绘制 102

5.3.1 系统的开环幅相频率特性 103

5.3.2 系统的开环对数频率特性 107

5.4 用频率特性分析控制系统的稳定性 110

5.4.1 控制系统的稳定判据 110

5.4.2 应用开环幅相频率特性判断闭环系统的稳定性 113

5.4.3 应用系统开环对数频率特性判断闭环系统的稳定性 117

5.4.4 奈氏稳定判据应用举例 118

5.4.5 频率域中描述系统的稳定裕量 121

5.5 系统瞬态特性和开环频率特性的关系 123

5.5.1 开环对数频率特性的基本性质 123

5.5.2 系统瞬态特性和开环频率特性的关系 128

5.6 闭环系统频率特性 130

5.6.1 闭环系统频率特性与开环系统频率特性的关系 130

5.6.2 闭环系统等M、等θ圆及尼氏图 131

5.6.3 非单位反馈系统的闭环频率特性 133

5.7 系统瞬态特性和闭环频率特性的关系 134

5.7.1 谐振峰值Mp和超调量δ％之间的关系 134

5.7.2 谐振峰值Mp和调整时间ts的关系 134

5.7.3 频带宽BW和ξ之间的关系 135

思考题与习题 136

第6章 控制系统的设计 139

6.1 引言 139

6.1.1 设计要求 139

6.1.2 性能指标 139

6.1.3 校正方式 140

6.2 系统校正的根轨迹法 140

6.2.1 超前校正 141

6.2.2 滞后校正 142

6.3 系统校正的频率响应法 144

6.3.1 串联超前校正 145

6.3.2 串联滞后校正 149

6.3.3 串联滞后-超前校正 154

6.4 反馈校正 156

思考题与习题 159

第7章 线性离散系统的理论基础 160

7.1 采样控制系统的基本概念 160

7.2 信号的采样和保持 161

7.2.1 采样过程及采样函数的数学表达式 161

7.2.2 采样定理 162

7.2.3 信号的保持 163

7.3 Z变换 164

7.3.1 Z变换 164

7.3.2 Z反变换 169

7.3.3 差分方程 171

7.4 脉冲传递函数 172

7.4.1 脉冲传递函数的定义 172

7.4.2 开环系统脉冲传递函数 173

7.4.3 闭环系统脉冲传递函数 176

7.5 采样控制系统的时域分析 178

7.5.1 采样控制系统的稳定性分析 178

7.5.2 采样控制系统的稳态误差分析 181

7.5.3 采样控制系统的瞬态特性分析 184

思考题与习题 187

第8章 非线性系统 190

8.1 非线性系统的特点 190

8.2 典型非线性特性 191

8.2.1 饱和特性 191

8.2.2 间隙特性 192

8.2.3 死区特性 192

8.2.4 继电特性 193

8.2.5 变放大系数特性 193

8.3 描述函数法基础 194

8.3.1 典型非线性特性的描述函数 195

8.3.2 组合非线性特性的描述函数 199

8.4 非线性系统的描述函数法分析 201

8.4.1 描述函数法的应用条件 201

8.4.2 非线性系统结构图的简化 201

8.4.3 非线性系统的稳定性及自振分析 202

8.5 相平面法基础 207

8.5.1 相平面、相轨迹及相平面图 207

8.5.2 相轨迹和相平面图的性质 207

8.5.3 相平面图的绘制 208

8.6 二阶系统的相轨迹 210

8.6.1 奇点 210

8.6.2 极限环 212

8.6.3 渐近线 213

8.7 非线性系统的相平面法分析 214

思考题与习题 218

参考文献 221