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第1章 绪论 1

1.1 自动控制理论及其发展简史 1

1.2 自动控制系统的基本原理和组成 2

1.2.1 自动控制系统的基本原理 2

1.2.2 自动控制系统的组成 3

1.3 自动控制系统的分类 4

1.3.1 按控制系统的结构分类 4

1.3.2 按系统输出信号的变化规律分类 5

1.3.3 按系统传输信号的特性分类 6

1.3.4 按系统传输信号的时间性质分类 7

1.4 对自动控制系统性能的基本要求 7

小结 8

习题 9

第2章 控制系统的数学模型 10

2.1 微分方程 10

2.1.1 微分方程的建立 10

2.1.2 非线性微分方程的线性化 11

2.1.3 线性定常微分方程的求解 13

2.2 传递函数 14

2.2.1 传递函数的基本概念 14

2.2.2 典型环节及其传递函数 15

2.2.3 传递函数的求取 19

2.3 结构图 20

2.3.1 结构图的基本概念 20

2.3.2 结构图的等效变换及化简 23

2.3.3 闭环控制系统的传递函数 28

2.4 信号流图 30

2.4.1 信号流图的符号及术语 30

2.4.2 信号流图与结构图的关系 31

2.4.3 梅逊公式及其应用 32

2.5 MATLAB中数学模型的表示 33

2.5.1 传递函数模型的MATLAB表示 33

2.5.2 结构图模型的MATLAB表示 35

小结 36

习题 36

第3章 时域分析法 41

3.1 典型输入信号和时域性能指标 41

3.1.1 典型输入信号 41

3.1.2 时域性能指标 43

3.2 控制系统的稳定性分析 44

3.2.1 稳定性的概念及线性系统的稳定条件 44

3.2.2 劳斯稳定判据 45

3.3 控制系统的暂态性能分析 49

3.3.1 一阶系统分析 49

3.3.2 二阶系统分析 50

3.3.3 高阶系统分析 57

3.4 控制系统的稳态性能分析 58

3.4.1 误差及稳态误差 58

3.4.2 给定输入信号作用下的稳态误差 59

3.4.3 扰动信号作用下的稳态误差 62

3.4.4 转速负反馈调速系统分析 63

3.5 MATLAB用于时域响应分析 65

3.5.1 用MATLAB分析系统的稳定性 65

3.5.2 用MATLAB分析系统的暂态性能 66

小结 69

习题 69

第4章 根轨迹法 74

4.1 根轨迹的基本概念 74

4.1.1 根轨迹 74

4.1.2 根轨迹方程 75

4.1.3 幅值条件方程和相角条件方程 75

4.2 绘制根轨迹的基本法则 76

4.3 参量根轨迹 83

4.4 正反馈回路和零度根轨迹 85

4.5 用根轨迹分析系统性能 86

4.5.1 用根轨迹确定系统的闭环极点 86

4.5.2 用根轨迹确定系统性能与参数的关系 87

4.5.3 增加开环零点、极点对系统性能的影响 88

4.6 MATLAB用于根轨迹分析 90

小结 92

习题 93

第5章 频率特性法 95

5.1 频率特性的基本概念 95

5.1.1 频率响应 95

5.1.2 频率特性的定义 96

5.1.3 频率特性的图形表示 98

5.2 极坐标图（奈氏图） 99

5.2.1 典型环节的极坐标图 99

5.2.2 控制系统开环极坐标图 102

5.3 伯德图 103

5.3.1 典型环节的伯德图 104

5.3.2 控制系统开环伯德图 108

5.3.3 由伯德图确定传递函数 110

5.4 奈奎斯特稳定判据 111

5.4.1 辐角定理 112

5.4.2 奈奎斯特稳定判据 112

5.4.3 伯德图上的奈奎斯特稳定判据 117

5.5 控制系统的相对稳定性 119

5.5.1 相位裕量 120

5.5.2 幅值裕量 120

5.6 利用频率特性分析系统的性能 121

5.6.1 开环频域指标与时域性能指标的关系 122

5.6.2 基于伯德图的系统性能分析 123

5.6.3 闭环频域指标与时域性能指标的关系 125

5.7 MATLAB用于频域分析 127

5.7.1 用MATLAB命令绘制频率特性曲线 127

5.7.2 用MATLAB命令分析系统的相对稳定性 129

小结 130

习题 131

第6章 控制系统的综合校正 134

6.1 系统校正基础 134

6.2 串联校正 135

6.2.1 相位超前校正 136

6.2.2 相位滞后校正 140

6.2.3 相位滞后-超前校正 143

6.2.4 有源校正网络 145

6.2.5 串联期望特性法校正 147

6.3 PID校正 149

6.4 局部反馈校正 152

6.4.1 局部反馈校正的基本原理 152

6.4.2 速度反馈校正 153

6.4.3 局部反馈校正设计 154

6.5 前馈补偿与复合控制 157

6.5.1 按输入补偿的复合控制 157

6.5.2 按扰动补偿的复合控制 158

6.6 基于MATLAB的频域法校正 159

6.6.1 串联校正设计 159

6.6.2 校正校验 161

小结 163

习题 164

第7章 非线性控制系统分析 167

7.1 非线性系统概述 167

7.1.1 非线性系统的特征 167

7.1.2 非线性系统的分析与设计方法 168

7.1.3 常见的非线性特性及其对系统运动的影响 168

7.2 描述函数法 171

7.2.1 描述函数的基本概念 171

7.2.2 典型非线性特性的描述函数 172

7.2.3 非线性系统的简化 175

7.2.4 用描述函数法分析非线性系统的稳定性 176

7.3 相平面法 180

7.3.1 相平面的基本概念 180

7.3.2 绘制相轨迹的方法 180

7.3.3 奇点和极限环 183

7.3.4 由相平面求时间解 186

7.3.5 非线性系统的相平面法分析 186

7.4 非线性特性的利用 189

7.5 基于Simulink的非线性系统分析 191

小结 192

习题 192

第8章 采样控制系统分析 196

8.1 采样控制系统的基本概念 196

8.1.1 采样控制系统及其基本结构 196

8.1.2 采样过程与采样定理 197

8.1.3 采样信号的复现 199

8.2 采样控制系统的数学基础 200

8.2.1 z变换的定义 200

8.2.2 求z变换的方法 201

8.2.3 z变换的基本定理 203

8.2.4 z反变换 204

8.2.5 差分方程及其求解 206

8.3 脉冲传递函数 209

8.3.1 脉冲传递函数的定义 209

8.3.2 开环系统的脉冲传递函数 209

8.3.3 闭环系统的脉冲传递函数 211

8.4 采样控制系统的动态性能分析 214

8.4.1 采样系统的动态响应分析 214

8.4.2 闭环极点的位置与动态特性的关系 216

8.5 采样控制系统的稳定性分析 219

8.5.1 z平面内的稳定条件 219

8.5.2 劳斯稳定判据 220

8.6 采样控制系统的稳态误差分析 221

8.7 MATLAB用于采样控制系统分析 223

8.7.1 数学模型处理 223

8.7.2 动态响应分析 224

8.7.3 Simulink仿真分析 226

8.7.4 稳定性判定 226

小结 227

习题 228

附录 231

参考文献 233