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第1章 绪论 1

1.1 控制论概述 1

1.2 控制系统的工作原理与组成 2

1.2.1 工作原理 2

1.2.2 控制系统的组成 4

1.3 控制系统的分类与基本要求 5

1.3.1 控制系统的分类 5

1.3.2 控制系统的基本要求 7

1.4 MATLAB语言简介 8

1.4.1 MATLAB的系统界面 8

1.4.2 MATLAB数学运算 11

1.4.3 MATLAB绘图 18

1.5 本课程的特点及要求 27

习题 28

第2章 数学基础——拉普拉斯变换 29

2.1 复数和复变函数 29

2.1.1 复数的概念 29

2.1.2 复数的表示法 29

2.1.3 复变函数 30

2.1.4 极点与零点概念 30

2.2 拉氏变换 31

2.2.1 拉氏变换定义 31

2.2.2 典型时间函数的拉氏变换 32

2.2.3 拉氏变换的性质 34

2.3 拉氏反变换及其数学方法 39

2.3.1 拉氏反变换 39

2.3.2 拉氏反变换的数学方法 40

2.4 拉氏变换的应用 43

2.5 拉氏变换的MATLAB实现 45

习题 46

第3章 传递函数 47

3.1 概述 47

3.1.1 数学模型的概念 47

3.1.2 线性系统与非线性系统 48

3.2 系统微分方程的建立 48

3.2.1 机械系统的微分方程 48

3.2.2 电气系统的微分方程 52

3.2.3 系统元件间的负载效应 54

3.2.4 非线性微分方程的线性化 54

3.3 传递函数 58

3.3.1 传递函数的概念 58

3.3.2 传递函数的零、极点 59

3.3.3 典型环节及其传递函数 59

3.4 系统框图及简化 67

3.4.1 系统框图的组成 67

3.4.2 方框图的绘制 68

3.4.3 系统方框图的简化 69

3.5 信号流图与Mason公式 73

3.5.1 信号流图 74

3.5.2 Mason公式 75

3.6 应用实例 76

3.6.1 机床进给传动链 76

3.6.2 汽车悬挂系统 77

3.6.3 车削过程 78

3.6.4 打印轮控制系统 80

3.7 系统数学模型的MATLAB实现 82

3.7.1 传递函数模型 82

3.7.2 零极点增益模型 83

3.7.3 模型转换 83

3.7.4 动态结构图 84

习题 84

第4章 时间响应分析 88

4.1 时间响应 88

4.1.1 时间响应的概念 88

4.1.2 典型输入信号 89

4.2 一阶系统的时间响应 91

4.2.1 一阶系统的数学模型 91

4.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 91

4.2.3 一阶系统的单位脉冲响应 92

4.2.4 一阶系统的单位斜坡响应 93

4.3 二阶系统的时间响应 94

4.3.1 二阶系统的数学模型 94

4.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 96

4.3.3 二阶系统的单位脉冲响应 98

4.4 高阶系统的时间响应 100

4.5 瞬态响应的性能指标 101

4.5.1 瞬态响应的性能指标 101

4.5.2 二阶系统的瞬态响应指标 102

4.6 时间响应的MATLAB实现 108

习题 110

第5章 系统误差分析 111

5.1 概述 111

5.1.1 误差与偏差 111

5.1.2 系统的类型 113

5.2 稳态误差的计算分析 113

5.2.1 静态误差系数与稳态误差 113

5.2.2 扰动作用下的稳态误差 117

习题 119

第6章 频率特性分析 121

6.1 概述 121

6.2 频率响应与频率特性 122

6.2.1 频率响应 122

6.2.2 频率特性 123

6.2.3 频率特性的求法 124

6.2.4 频率特性的特点 126

6.2.5 频率特性的表示方法 126

6.3 频率特性的极坐标图（Nyquist图） 127

6.3.1 极坐标图 127

6.3.2 典型环节的极坐标图 127

6.3.3 系统Nyquist图的一般画法 132

6.4 频率特性的对数坐标图（Bode图） 138

6.4.1 对数坐标图 138

6.4.2 典型环节的Bode图 138

6.4.3 绘制系统Bode图的步骤 147

6.5 开环频率特性对数坐标图的含义 151

6.6 最小相位系统及频域性能指标 153

6.6.1 最小相位系统的概念 153

6.6.2 由Bode图估计最小相位系统的传递函数 153

6.6.3 频域性能指标 154

6.7 频率特性的MATLAB实现 158

6.7.1 利用MATLAB绘制Nyquist图 158

6.7.2 利用MATLAB绘制Bode图 159

6.7.3 利用MATLAB求系统的频域特征量 160

习题 161

第7章 系统稳定性分析 163

7.1 稳定性概述 163

7.2 Routh-Hurwitz稳定性判据 165

7.2.1 Routh稳定性判据 165

7.2.2 Hurwitz稳定性判据 169

7.3 Nyquist稳定性判据 171

7.3.1 基本原理 171

7.3.2 Nyquist法判别系统的稳定性举例 174

7.3.3 具有延时环节的系统的稳定性分析 177

7.4 系统的相对稳定性 178

7.4.1 相位裕量和幅值裕量 178

7.4.2 条件稳定系统 182

7.5 应用实例 183

7.5.1 Routh-Hurwitz稳定判据应用实例 183

7.5.2 Nyquist稳定判据应用实例 184

7.5.3 相对稳定性应用实例 186

7.6 稳定性分析的MATLAB实现 188

7.6.1 利用MATLAB求系统的特征根 188

7.6.2 利用MATLAB中的函数直接求解 189

思考题 191

习题 191

第8章 系统的校正设计 194

8.1 概述 194

8.1.1 系统的时域和频域性能指标 194

8.1.2 校正的概念 195

8.1.3 校正的类型 195

8.2 串联校正 196

8.2.1 增益校正 197

8.2.2 相位超前校正 197

8.2.3 相位滞后校正 200

8.2.4 相位滞后-超前校正 204

8.3 并联校正 206

8.3.1 反馈校正 207

8.3.2 顺馈校正 208

8.4 PID校正 212

8.4.1 PD控制作用 213

8.4.2 PI控制作用 216

8.4.3 PID控制作用 217

8.5 应用实例 218

8.5.1 电压-转角位置随动系统 218

8.5.2 直流电机调速系统 222

8.6 系统校正的MATLAB实现 224

习题 227

参考文献 231