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第一章 自动控制概论 1

1.1自动控制系统 1

1.2开环控制和闭环控制 3

1.2.1开环控制 3

1.2.2闭环控制 3

1.3控制系统的分类 5

1.3.1按描述系统运动方程分类 5

1.3.2按系统中信号的性质分类 6

1.3.3按参考输入分类 6

1.4控制系统的组成及对控制系统性能的要求 7

1.4.1控制系统的组成 7

1.4.2对控制系统的性能要求 8

1.5控制理论发展简史 8

1.6本课程的特点与学习方法 10

小结 10

习题 11

第二章 系统的数学模型 13

2.1控制系统微分方程的建立 13

2.1.1建立数学模型的基本步骤 13

2.1.2非线性微分方程的线性化 17

2.2拉普拉斯变换 19

2.2.1拉氏变换的定义 19

2.2.2典型函数的拉氏变换 20

2.2.3拉氏变换的基本定理 23

2.2.4应用拉氏变换解线性微分方程 24

2.3传递函数 27

2.3.1传递函数的定义 27

2.3.2典型环节的传递函数 29

2.3.3电气网络的运算阻抗与传递函数 32

2.4控制系统的方框图和传递函数 33

2.4.1框图的概念 33

2.4.2框图的变换规则 35

2.4.3反馈系统的传递函数 38

2.4.4框图的化简 41

2.5信号流图与梅逊公式 42

2.5.1信号流图 42

2.5.2梅逊公式 43

2.6相似原理 46

小结 48

习题 48

第三章 自动控制系统的时域分析 52

3.1典型信号的控制过程 52

3.1.1典型输入信号 52

3.1.2典型时间响应 54

3.2一阶系统的时域分析 55

3.2.1一阶系统的数学模型 55

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应 55

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应 57

3.2.4一阶系统的单位斜坡响应 58

3.2.5三种响应之间的关系 59

3.3二阶系统的时域分析 59

3.3.1二阶系统的数学模型 59

3.3.2单位阶跃函数作用下二阶系统的响应（简称阶跃响应） 61

3.3.3二阶系统的性能指标 64

3.3.4二阶系统计算举例 68

3.3.5二阶系统的脉冲响应函数（过渡函数） 71

3.3.6单位斜坡函数作用下二阶系统的响应 72

3.3.7初始条件不为零时二阶系统的响应 74

3.4高阶系统的时域分析 75

3.4.1三阶系统的单位阶跃响应 75

3.4.2高阶系统的单位阶跃响应 76

3.4.3闭环主导极点 78

3.5控制系统的稳定性 78

3.5.1稳定的概念 78

3.5.2线性系统稳定的充要条件 79

3.5.3劳思稳定判据 80

3.5.4古尔维茨稳定判据 83

3.6控制系统的稳态误差 84

3.6.1稳态误差的基本概念 84

3.6.2利用终值定理求稳态误差 85

3.6.3系统的型别与参考输入的稳态误差 86

3.6.4扰动信号作用下的稳态误差 89

3.6.5动态误差系数法 90

3.7改善稳态误差精度的方法 91

3.7.1按输入补偿的复合控制 92

3.7.2按扰动补偿的复合控制 93

小结 94

习题 94

第四章 根轨迹法 98

4.1控制系统的根轨迹 98

4.2绘制根轨迹的基本规则 100

4.3根轨迹对系统稳定性分析 110

4.4特殊根轨迹 110

4.4.1参数根轨迹（广义根轨迹） 110

4.4.2零度根轨迹 112

4.5系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系 114

4.5.1用闭环零极点表示的阶跃响应解析式 114

4.5.2闭环主导极点位置与系统动态性能指标的关系 115

4.5.3利用主导极点估算系统的性能指标 116

4.6开环零、极点的变化与偶极子对根轨迹的影响 117

4.6.1开环零点的变化对根轨迹的影响 118

4.6.2开环极点的变化对根轨迹的影响 118

4.6.3偶极子对根轨迹的影响 120

小结 122

习题 122

第五章 频率特性法 123

5.1频率特性的基本概念 123

5.2频率特性的数学表示及几种图示方法 125

5.2.1实频、虚频特性 126

5.2.2幅频特性、相频特性 126

5.2.3幅相频率特性 126

5.2.4对数频率特性 127

5.2.5 Nichols图 128

5.3幅相频率特性图（极坐标图）的绘制 128

5.3.1典型环节 128

5.3.2最小相位环节幅相频率特性图的绘制 129

5.3.3开环幅相频率特性图的绘制 132

5.4对数频率特性图绘制 135

5.4.1典型环节的对数频率特性图 135

5.4.2开环对数频率特性的绘制 140

5.4.3系统的类型与对数幅频特性曲线低频渐近线斜率的对应关系 142

5.5最小相位系统 144

5.6传递函数的频域实验确定 145

5.7乃奎斯特稳定判据 147

5.7.1幅角定理 147

5.7.2乃奎斯特稳定性判据 150

5.7.3开环系统含有积分环节时判据的应用 152

5.7.4乃奎斯特稳定判据在伯德图中的表示形式 155

5.8控制系统的相对稳定性 157

5.8.1相角裕度 157

5.8.2幅值裕度 157

5.9频率特性与控制系统性能的关系 158

5.9.1闭环频率特性与控制系统性能的关系 159

5.9.2二阶系统性能指标间的关系 160

5.9.3高阶系统性能指标之间的关系 161

5.9.4开环对数幅频特性与性能指标间的关系 161

小结 162

习题 162

第六章 控制系统的综合与校正 167

6.1概述 167

6.1.1综合、校正的一般概念 167

6.1.2校正方式 167

6.1.3校正方法 168

6.2基本控制规律分析 168

6.2.1比例（P）控制规律 168

6.2.2积分（I）控制规律 169

6.2.3比例—微分（PD）控制规律 169

6.2.4比例—积分（PI）控制规律 170

6.2.5比例—积分—微分（PID）控制规律 171

6.3串联校正 172

6.3.1串联超前校正（PD） 172

6.3.2串联滞后校正（PI） 176

6.3.3串联滞后—超前校正（PID） 179

6.3.4串联校正方式比较 182

6.4串联校正综合法 183

6.4.1期望频率特性法 183

6.4.2按最佳典型系统校正方法 186

6.5反馈校正 189

6.5.1反馈校正功能 189

6.5.2用频率法分析反馈校正系统 192

小结 194

习题 194

第七章 非线性控制系统分析 197

7.1非线性系统概述 197

7.1.1典型的非线性特性 197

7.1.2非线性系统的特点 199

7.1.3非线性系统的研究方法 200

7.2描述函数法 200

7.2.1描述函数法的基本概念 200

7.2.2典型非线性特性的描述函数 201

7.2.3组合非线性特性的描述函数 205

7.2.4非线性系统的描述函数分析 207

7.3相平面分析法 210

7.3.1相平面和相轨迹 211

7.3.2相轨迹绘制 211

7.3.3相平面的特性 214

7.3.4相平面分析 217

小结 219

习题 219

第八章 采样系统 221

8.1概述 221

8.2采样过程和采样定理 222

8.2.1采样过程 222

8.2.2采样定理 224

8.2.3采样周期的选取 225

8.3信号的复现 225

8.4差分方程 227

8.4.1差分方程的定义 227

8.4.2差分方程的解法 228

8.5Z变换 228

8.5.1 Z变换的定义 228

8.5.2 Z变换的方法 229

8.5.3 Z变换的性质 231

8.5.4 Z反变换 234

8.5.5用Z变换法求解差分方程 235

8.6脉冲传递函数 236

8.6.1脉冲传递函数的定义 236

8.6.2开环系统脉冲传递函数 237

8.6.3闭环系统脉冲传递函数 239

8.7采样系统的性能分析 242

8.7.1稳定性分析 242

8.7.2稳态误差分析 249

8.7.3动态性能分析 252

8.7.4离散系统极点分布与动态响应的关系 253

8.7.5采样系统的频域分析 255

小结 257

习题 257

第九章MATLAB语言与自动控制系统设计 260

9.1 MATLAB语言简介 260

9.1.1 MATLAB的数值运算基础 260

9.1.2矩阵及矩阵函数 261

9.1.3 MATLAB的绘图功能 263

9.2自动控制系统设计 265

9.2.1时域分析命令 265

9.2.2频率域命令 267

9.2.3根轨迹法命令 271

9.2.4传递函数的常用命令 272

9.2.5控制系统分析举例 274

小结 280

参考文献 281