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目录 1

前言 1

第一章绪论 1

第一节自动控制 1

第二节 自动控制系统的基本属性 1

第三节 自动控制系统的基本结构 3

一、开环控制系统 4

二、闭环控制系统 6

习题 10

第二章线性动态系统 11

第一节动态系统及状态 11

一、系统—黑盒 11

二、什么是动态系统，什么是状态 12

第二节关于动态系统的线性 14

第三节线性动态系统的状态空间描述 15

一、单输入单输出系统 15

二、多输入多输出系统 17

三、状态变量的非唯一性 20

第四节状态空间描述的Laplace变换 20

一、对Laplace变换的复习 20

二、状态空间描述的拉氏变换 22

第五节状态转移矩阵 23

一、用拉氏变换求解状态转移矩阵 23

二、状态转移矩阵的指数形式 25

一、传递函数 26

第六节线性动态系统的输入输出描述 26

二、冲激响应函数 28

第七节完全表征 30

本章小结 32

习题 33

第三章传递函数的建立 35

第一节传递函数方框图 35

一、传递函数方框图的建立 35

二、方框图的变换规则 37

第二节环节的传递函数及负载效应 41

一、传递函数的基本因子及典型环节 41

二、负载效应 45

一、复阻抗 46

第三节电气环节的传递函数 46

二、由运算放大器构成的环节 48

第四节发电机励磁控制系统 50

一、励磁控制系统的构成及动作原理 50

二、发电机的传递函数 52

三、功率励磁装置的传递函数 54

四、励磁控制系统的传递函数方框图 55

第五节信号流图及Mason公式 56

一、信号流图 56

二、Mason公式 57

第六节 由传递函数求状态空间描述 60

一、由传递函数方框图绘制状态变量模拟图 60

二、传递函数的实现 62

本章小结 66

习题 67

第四章反馈控制系统的性能及暂态、稳态性能分析 71

第一节反馈控制系统性能概述 71

一、以单位反馈系统作为研究的主要对象 71

二、性能与误差的关系 73

三、性能与输入的关系 74

四、性能准则 75

第二节暂态性能 76

第三节二阶系统的暂态性能分析 79

一、典型二阶系统及其暂态响应 79

二、性能指标与闭环极点位置的关系 82

三、非典型二阶系统 86

第四节高阶系统的暂态性能与闭环零、极点配置的关系 87

一、闭环零、极点及留数 87

二、闭环主导极点 89

第五节参考输入作用下的稳态误差分析 90

一、系统按稳态误差划分的型 90

二、稳态误差分析 91

第六节扰动对稳态误差的影响及补偿措施 94

一、调差率 94

二、稳态误差的消除与所需调差率的获得 97

本章小结 100

习题 101

一、频率响应与频率特性 104

第一节频率特性 104

第五章频率特性 104

二、由零、极点配置确定频率特性 107

第二节频率特性的极坐标图（Nyquist图） 108

一、一阶环节的极坐标图 108

二、二阶环节的极坐标图 110

三、高阶系统极坐标图的一般形状 111

第三节频率特性的对数坐标图（Bode图） 114

一、Bode图及其特点 114

二、基本因子的Bode图 115

三、Bode图的合成法 121

第四节 由闭环频率特性估计暂态性能 126

一、频域带宽与暂态性能的关系 126

二、频域谐振峰值与时域过调量的关系 128

第五节 由开环Nyquist图确定闭环频率特性 129

本章小结 132

习题 133

第六章稳定性分析 135

第一节 线性系统有界输入有界输出（BIBO）稳定性 135

第二节特征方程与稳定性的关系 137

第三节Liapunov稳定性及渐近稳定性 138

一、自由系统的平衡状态 138

二、Liapunov稳定性与渐近稳定性的定义 139

第四节 Liapunov直接法 141

一、基本定理 141

二、Liapunov直接法在线性系统中的应用 144

第五节Routh稳定判据 145

一、Routh稳定判据 146

二、利用Routh判据估计稳定裕量 149

第六节复平面上的围线映射 150

第七节Nyquist稳定判据 153

一、基本思路 153

二、Nyquist稳定判据 155

三、虚轴上存在极点时的Nyquist稳定判据 156

第八节稳定裕量 158

一、利用开环Nyquist图确定稳定裕量 158

二、相位裕量、幅值裕量与谐振峰值的关系 160

一、利用Bode图确定稳定裕量 163

第九节Bode图上的稳定性分析 163

二、Bode定理介绍 165

本章小结 168

习题 169

第七章 基于Bode图的设计及校正 173

第一节设计概述 173

第二节校正的任务与类型 175

第三节并联校正与PID控制作用 177

一、引入积分控制作用 177

二、引入微分控制作用 180

三、引入积分加微分控制作用 182

第四节等效谐波输入法与稳态误差禁区 184

一、等效谐波输入法 185

二、稳态误差系数与禁区的关系 188

第五节串联校正 192

一、超前校正 193

二、滞后校正 197

三、滞后一超前校正 201

第六节局部反馈校正 204

一、削弱非线性的影响 205

二、减小时间常数 209

三、正反馈 210

本章小结 211

习题 212

第八章根轨迹法 214

第一节特征根的希望位置 214

第二节什么是根轨迹法 215

第三节根轨迹图的绘制 218

一、幅角条件与幅值条件 218

二、绘制根轨迹的一般规则 219

第四节超前和滞后环节对根轨迹的影响 229

一、超前环节对根轨迹的影响 229

二、滞后环节对根轨迹的影响 231

第五节基于根轨迹法的校正 233

一、超前校正 234

二、滞后校正 238

本章小结 239

习题 239

一、什么是最佳控制问题 242

第一节基于二次型性能指标的最佳控制问题 242

第九章线性最佳控制系统 242

二、最佳调节器问题 243

第二节用Liapunov直接法求解最佳调节器问题 245

一、最佳状态调节器问题的解？ 245

二、输出调节器问题转化成状态调节器问题 247

第三节Riccati方程的解 249

一、预备知识 249

二、Riccati方程的唯一正定解 249

第四节最佳调节器的频域分析 253

一、频域中的重要关系式 253

二、Nyquist图分析 254

本章小结 257

习题 258

第十章非线性控制系统 260

第一节非线性系统的特异现象 260

一、典型静态非线性环节 260

二、动态行为上的特异现象 262

第二节Liapunov稳定概念的拓广 264

一、关于参考轨迹的稳定性 265

二、极限环的稳定性 267

第三节描述函数 268

第四节 用描述函数法分析非线性系统的稳定性 276

一、谐波平衡方程 276

二、在Nyquist图上的稳定性分析 278

三、在Bode图上的稳定性分析 282

本章小结 286

习题 287

第十一章离散系统 289

第一节连续信号的采样与复现 289

一、采样过程及其数学描述 290

二、保持器 292

三、采样定理 294

第二节Z变换 297

一、定义 297

二、变换方法 298

三、Z变换的性质 302

四、Z反变换 306

一、线性差分方程 308

第三节离散系统的时域描述 308

二、离散系统的状态方程 310

三、用Z变换解差分方程 314

第四节脉冲传递函数 317

一、定义 317

二、系统脉冲传递函数的求法 318

第五节在Z平面上的稳定性分析 322

一、Z平面上的稳定性 322

二、稳定性的代数判据 325

三、Nyquist稳定判据 327

四、根轨迹法 329

本章小结 330

习题 331