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第1章 自动控制的基本概念 1

自动控制系统 1

自动控制系统的类型 5

开环、闭环与复合控制系统 5

线性系统与非线性系统 6

连续系统与离散系统 7

定常系统与时变系统 8

SISO系统和MIMO系统 9

集中参数系统与分布参数系统 9

对控制系统性能的基本要求 9

稳定性 9

暂态性能 10

稳态性能 10

本书内容的安排 10

本章小结 11

习题 12

第2章 连续系统的数学模型 14

系统数学模型的概念 14

数学模型的定义与主要类型 14

建立数学模型的方法 15

微分方程描述 16

传递函数 20

传递函数与脉冲响应函数的定义 21

传递函数的表达式 22

线性系统的基本环节 24

结构图 26

结构图的基本组成 26

结构图的变换法则 29

结构图的简化 29

反馈控制系统的传递函数 34

信号流图 37

信号流图的定义及基本性质 37

信号流图的构造 38

信号流图的变换法则与简化 41

梅森增益公式 44

系统数学模型的MATLAB表示 46

传递函数模型的MATLAB表示 47

结构图的MATLAB表示 49

本章小结 49

习题 50

第3章 时域分析法 55

稳定性分析 55

稳定性的概念 55

系统稳定的条件 56

劳斯稳定判据 58

赫尔维茨稳定判据 62

暂态性能分析 63

典型输入信号 64

暂态性能指标 65

一阶系统的暂态性能分析 67

典型二阶系统的暂态性能 68

高阶系统暂态性能近似分析 78

稳态性能分析 83

控制系统误差与稳态误差的定义 84

控制系统型号或无差度的定义 86

终值定理法 86

误差系数法 89

扰动作用下的稳态误差分析 92

复合控制系统及误差分析 94

MATLAB辅助分析控制系统时域性能 97

MATLAB辅助控制系统稳定性分析 97

MATLAB求控制系统的单位阶跃响应 98

本章小结 99

习题 100

第4章 根轨迹法 106

根轨迹的基本概念 106

根轨迹的绘制 107

广义根轨迹的绘制 111

控制系统的根轨迹分析法 111

用MATLAB绘制根轨迹 113

本章小结 113

习题 114

第5章 频率法 115

频率特性 115

频率特性的定义 115

频率响应 116

频率特性的几何表示 118

典型环节频率特性的伯德图 120

控制系统开环频率特性的伯德图 127

由伯德图确定传递函数 133

最小与非最小相位系统的概念 133

由伯德图确定传递函数 134

频率特性的实验确定法 136

奈奎斯特稳定判据 138

辐角原理 138

奈奎斯特稳定判据 139

举例 142

控制系统相对稳定性分析 148

MATLAB在频率法中的应用 152

用MATLAB绘制奈氏图 152

用MATLAB绘制伯德图 153

用MATLAB分析相对稳定性 154

本章小结 155

习题 156

第6章 线性系统的校正方法 161

控制系统校正的概念 161

控制系统的设计步骤 161

校正的概念与校正方案 162

校正方法 166

超前校正 167

超前校正及其特性 168

用频域法确定超前校正参数 170

超前校正装置 172

滞后校正 176

滞后校正及其特性 176

用频域法确定滞后校正参数 178

滞后校正装置 181

滞后-超前校正 183

滞后-超前校正网络 183

用频域法确定滞后-超前校正参数 185

串联校正的综合法 187

综合法的基本方法 187

按最佳二阶系统校正 188

按典型三阶系统校正 191

Simulink在控制系统仿真中的应用 193

本章小结 194

习题 195

第7章 离散系统控制理论 196

信号的采样与保持 196

信号的采样 196

采样信号的保持 201

差分方程 206

差分方程的概念 206

微分方程描述的差分化 208

差分方程的递推解法 213

差分方程的经典解法 214

z变换 217

z变换的定义 217

z变换的基本定理 219

z变换的基本方法 225

z逆变换 229

差分方程的z变换解法 235

z传递函数 237

z传递函数的概念 237

开环z传递函数 240

闭环z传递函数 242

带有扰动的系统输出z变换式 244

线性离散系统的稳定性分析 245

朱利稳定判据 246

舒尔-科恩稳定判据 247

修正劳斯稳定判据 248

线性离散系统的暂态性能分析 250

离散系统的暂态性能指标 250

离散系统极点分布与动态响应的关系 252

离散系统动态性能指标的计算公式 254

线性离散系统的稳态误差分析 259

线性离散系统设计方法 261

数字PID控制 262

数字控制器的z传递函数 263

最少拍离散控制系统设计方法 264

MATLAB在离散系统分析中的应用 268

本章小结 270

习题 272

第8章 非线性控制系统分析 276

典型非线性特性 276

饱和特性 276

死区特性 277

间隙特性 278

继电器特性 279

描述函数法 280

描述函数法的基本思想与条件 280

描述函数 282

典型非线性特性的描述函数 285

用描述函数法分析非线性系统的自激振荡 293

相平面法 298

相平面 299

相轨迹的绘制方法 302

奇点 306

极限环 311

非线性系统相平面分区线性化方法 314

MATLAB在非线性系统分析中的应用 317

本章小结 318

习题 319

第9章 控制系统的状态空间分析 323

状态空间模型 323

状态与状态空间的概念 323

系统的状态空间描述 324

状态方程的线性变换 327

线性系统的能控性和能观性分析 329

系统能控性和能观性问题 329

线性定常系统的能控性 330

线性定常系统的能观性 335

状态空间表达式的能控标准型与能观标准型 339

对偶原理 345

李雅普诺夫稳定判据 346

李雅普诺夫稳定性定义 347

李雅普诺夫稳定判据 349

线性连续系统的李雅普诺夫稳定判据 351

线性离散系统的李雅普诺夫稳定判据 353

状态方程的求解 355

线性连续系统状态方程的求解 355

线性离散系统状态方程的求解 358

状态反馈控制与状态观测器的设计 361

状态反馈 361

状态反馈设计方法 363

状态观测器的设计 367

线性二次型最优控制 371

线性二次型最优控制问题 371

线性连续系统有限时间状态调节器 372

线性连续系统无限时间定常状态调节器 374

线性离散系统状态调节器 376

MATLAB在状态空间分析中的应用 378

本章小结 379

习题 380

附录 常用拉普拉斯变换和Z变换表 385

习题参考答案 389

参考文献 398