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第1章 绪论 1

1.1自动控制系统的一般概念 2

1.1.1系统的描述 2

1.1.2控制和控制系统的概念 3

1.2开环控制系统与闭环控制系统 6

1.3自动控制系统的分类 7

1.3.1线性控制系统和非线性控制系统 7

1.3.2恒值控制系统和随动系统 7

1.3.3连续控制系统和离散控制系统 8

1.4自动控制系统的品质要求 8

1.5自动控制系统的常用研究方法 9

1.6自动控制系统的数学模型及MATLAB描述方法 9

习题 10

第2章MATLAB基础知识 12

2.1引言 12

2.1.1 MATLAB发展历程 12

2.1.2 MATLAB系统构成 13

2.1.3 MATLAB工具箱 13

2.1.4 MATLAB 7.0/Simulink 6.0最新特点 14

2.2 MATLAB桌面操作环境 16

2.2.1 MATLAB启动和退出 16

2.2.2 MATLAB主菜单及功能 17

2.2.3 MATLAB命令窗口 21

2.2.4 MATLAB工作空间 21

2.2.5 MATLAB文件管理 22

2.2.6 MATLAB帮助使用 23

2.3 MATLAB数值计算 23

2.3.1 MATLAB数值类型 23

2.3.2矩阵运算 25

2.4关系运算和逻辑运算 30

2.5符号运算 30

2.5.1符号运算基础 31

2.5.2常用符号运算 31

2.5.3控制系统中常用的符号运算 33

2.6 MATLAB常用绘图命令 34

2.7 MATLAB程序设计 37

2.7.1 MATLAB程序类型 37

2.7.2 MATLAB程序流程控制 38

2.7.3 MATLAB程序基本设计原则 41

习题 41

第3章控制系统的数学模型 43

3.1系统的微分方程 43

3.1.1概述 43

3.1.2列写微分方程的一般方法 44

3.2数学模型建模实例 45

3.3系统按数学模型的分类 48

3.4控制系统的线性化数学模型 49

3.5拉普拉斯变换 50

3.6拉普拉斯反变换 52

3.7系统的传递函数 55

3.7.1传递函数的定义与性质 55

3.7.2传递函数的零点、极点和放大系数 56

3.8典型环节及其传递函数 58

3.8.1环节的概念 58

3.8.2环节的分类 59

3.9相似原理 62

3.10 MATLAB的仿真集成环境Simulink 63

3.10.1传递函数方框图 63

3.10.2仿真工具Simulink 66

3.11系统模型的连接 71

3.11.1模型串联 71

3.11.2模型并联 72

3.11.3反馈连接 73

3.11.4系统扩展 74

3.12状态空间法建模 74

3.13系统模型的转换 80

习题 81

第4章 控制系统的时域分析 84

4.1控制系统的典型输入信号 84

4.2 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用 86

4.2.1时域分析中MATLAB 函数的应用 86

4.2.2 MATLAB在时域分析中的应用实例 87

4.3一阶系统的时域分析 88

4.3.1单位阶跃响应 88

4.3.2单位斜坡响应 89

4.3.3单位脉冲响应 91

4.4二阶系统 92

4.4.1二阶系统的单位脉冲响应 94

4.4.2二阶系统的单位阶跃响应 96

4.4.3二阶系统响应的性能指标 99

4.5高阶系统 110

4.6系统误差分析与计算 114

4.6.1系统的误差e（t）与偏差ε（t） 114

4.6.2误差e（t）的一般计算 116

4.6.3系统的稳态误差与稳态偏差 117

4.6.4与输入有关的稳态偏差 117

4.6.5与干扰有关的稳态偏差 120

习题 122

第5章 系统的频率响应法 124

5.1频率特性 124

5.1.1频率响应 124

5.1.2频率响应的定义 126

5.2 Nyquist图示法 130

5.2.1典型环节的Nyquist图 130

5.2.2开环系统的Nyquist图 135

5.2.3用MATLAB函数绘制Nyquist图 138

5.3 bode图示法 141

5.3.1频率特性的对数坐标图 141

5.3.2典型环节的bode图 142

5.3.3利用MATLAB函数绘制bode图 153

5.4频率特性与时域响应的关系 155

5.5最小相位系统与非最小相位系统 160

习题 161

第6章 系统的稳定性 163

6.1.系统稳定性的初步概念 163

6.1.1系统不稳定现象的发生 163

6.1.2系统稳定的定义和条件 165

6.1.3关于稳定性的一些提法 167

6.2 Routh稳定判据 168

6.2.1 Routh稳定判据的一般情况 168

6.2.2 Routh稳定判据的特殊情况 172

6.3 Nyquist稳定判据 173

6.3.1幅角原理（Cauchy定理） 174

6.3.2 Nyquist稳定判据 175

6.3.3 Nyquist判据应用举例 177

6.4 bode稳定判据 183

6.4.1 Nyquist图和bode图的对应关系 183

6.4.2穿越的概念 184

6.4.3 bode判据 184

6.5系统的相对稳定性 185

6.5.1相位裕度γ 186

6.5.2幅值裕度Kg 186

6.6稳定性计算举例 188

6.6.1实例1：仿形刀架 188

6.6.2实例2：电液位置伺服控制系统 192

6.6.3实例3:计算机控制的电液伺服位置控制系统 197

习题 203

第7章 系统的性能指标与校正 206

7.1系统的性能指标 206

7.1.1时域性能指标 206

7.1.2频域性能指标 207

7.1.3综合性能指标（误差准则） 207

7.2系统的校正 208

7.3 PID校正 209

7.3.1基于MATLAB的比例控制 210

7.3.2基于MATLAB的 PD调节器 212

7.3.3基于MATLAB的PI调节器 214

7.3.4基于MATLAB的PID调节器 216

7.4串联校正 217

7.4.1基于MATLAB的相位超前校正 218

7.4.2基于MATLAB的相位滞后校正 227

7.4.3基于MATLAB的相位滞后—超前校正 237

7.5关于系统校正的一点讨论 248

习题 249

参考文献 251