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第1章 绪论 1

1.1自动控制的历史 3

1.2控制系统的基本概念 5

1.2.1自动控制问题的提出 5

1.2.2开环控制系统 7

1.2.3闭环控制系统 8

1.2.4开环控制系统与闭环控制系统的比较 9

1.2.5控制系统示例 10

1.3控制系统的分类 13

1.3.1按自动控制系统是否形成闭合回路分类 13

1.3.2按信号的结构特点分类 14

1.3.3按给定值信号的特点分类 15

1.3.4按控制系统元件的特性分类 15

1.3.5按控制系统信号的形式分类 17

1.3.6其他的分类方法 17

1.4控制系统的响应模态与基本要求 18

本章小结 19

习题1 20

第2章 控制系统的数学模型 21

2.1系统建模与动态方程 23

2.1.1电气和电子系统 23

2.1.2机械系统 25

2.1.3热量系统 27

2.1.4非线性系统微分方程的线性化 28

2.2线性定常系统的传递函数 30

2.2.1传递函数的定义 30

2.2.2传递函数的性质 32

2.2.3典型环节的传递函数 32

2.2.4系统传递函数 35

2.3控制系统的结构图与化简 35

2.3.1结构图的组成 36

2.3.2结构图的建立 36

2.3.3结构图的等效变换 37

2.3.4自动控制系统的传递函数 44

2.4信号流图和梅森增益公式 46

2.4.1信号流图 46

2.4.2梅逊公式 47

本章小结 49

习题2 50

第3章 线性系统的时域分析法 54

3.1概述 56

3.1.1时域法的作用和特点 56

3.1.2时域法常用的典型输入信号 56

3.1.3系统的时域性能指标 56

3.2一阶系统的时域分析 58

3.2.1一阶系统传递函数标准形式及单位阶跃响应 58

3.2.2一阶系统动态性能指标计算 59

3.2.3典型输入下一阶系统的响应 60

3.3二阶系统的时域分析 62

3.3.1二阶系统传递函数标准形式及分类 62

3.3.2过阻尼二阶系统动态性能指标计算 63

3.3.3欠阻尼二阶系统动态性能指标计算 66

3.3.4改善二阶系统动态性能的措施 78

3.4高阶系统的时域分析 81

3.4.1高阶系统单位阶跃响应 81

3.4.2闭环主导极点 82

3.4.3估算高阶系统动态性能指标的零点极点法 82

3.5线性系统的稳定性分析 84

3.5.1稳定性的概念 84

3.5.2稳定的充要条件 84

3.5.3稳定判据 85

3.6线性系统的稳态误差分析 89

3.6.1误差与稳态误差 90

3.6.2计算稳态误差的一般方法 90

3.6.3静态误差系数法 92

3.6.4干扰作用引起的稳态误差分析 95

3.6.5动态误差系数法 97

3.6.6减小稳态误差的方法 100

本章小结 101

习题3 102

第4章 根轨迹 107

4.1根轨迹基本概念 109

4.1.1根轨迹 109

4.1.2根轨迹方程 110

4.2绘制根轨迹 111

4.2.1绘制根轨迹的基本法则 111

4.2.2根轨迹绘制举例 117

4.2.3正反馈系统的根轨迹 118

4.2.4参数根轨迹 120

4.3基于根轨迹的系统性能分析 122

4.4开环零、极点分布对系统性能的影响 125

本章小结 129

习题4 129

第5章 线性系统的频率响应分析法 134

5.1频率响应特性 135

5.1.1正弦稳态响应和频率响应 136

5.1.2传递函数和正弦传递函数 138

5.1.3频率响应特性的图形表示 139

5.2伯德图 141

5.2.1基本环节的伯德图 141

5.2.2开环频率特性的伯德图 149

5.2.3最小相位系统和非最小相位系统 155

5.3奈奎斯特图 158

5.3.1典型系统的奈奎斯特图 158

5.3.2开环奈奎斯特图的一般绘制方法 162

5.4奈奎斯特稳定性 166

5.4.1幅角原理和奈奎斯特判据 166

5.4.2奈奎斯特判据的应用 170

5.4.3相对稳定性 177

5.5频率响应特性与系统性能 183

5.5.1频率响应特性与系统的稳态性能 183

5.5.2频率响应特性与系统的动态性能 185

5.5.3频率响应特性与系统的鲁棒性 191

5.6期望开环和闭环频率特性 196

5.6.1期望开环频率特性 196

5.6.2期望闭环频率特性 199

本章小结 200

习题5 201

第6章 线性系统的校正与综合 205

6.1系统综合的基本概念 206

6.1.1系统的校正方式 207

6.1.2系统的性能指标 209

6.1.3典型校正环节 211

6.1.4典型校正方法 218

6.2滞后校正 219

6.2.1基于根轨迹法的滞后校正技术 219

6.2.2基于伯德图的滞后校正技术 222

6.2.3基于参数搜索的滞后校正技术 224

6.3超前校正 226

6.3.1基于根轨迹的超前校正技术 226

6.3.2基于伯德图的超前校正技术 228

6.3.3基于参数搜索的超前校正技术 230

6.4滞后超前校正 232

6.4.1基于根轨迹法的滞后超前校正技术 232

6.4.2基于伯德图的滞后超前校正技术 235

6.4.3基于参数搜索的滞后超前校正技术 237

6.5二自由度控制系统 240

6.5.1二自由度控制结构 240

6.5.2二自由度系统跟踪特性的零点配置法 243

6.6内模控制系统 246

6.6.1内模控制与内部稳定性 246

6.6.2内模控制器设计方法 249

本章小结 254

习题6 254

第7章 线性离散系统 258

7.1离散系统概述 260

7.2信号的采样与复现 261

7.2.1采样函数 261

7.2.2采样定理——采样频率的选择 262

7.2.3保持器——采样信号的复现 262

7.3 z变换理论 264

7.3.1 z变换的定义 264

7.3.2 z变换求法 265

7.3.3 z变换的基本定理 268

7.3.4 z反变换 272

7.3.5用z变换法解差分方程 275

7.4线性离散系统的数学模型 276

7.4.1差分方程 276

7.4.2脉冲传递函数 277

7.5离散系统的稳定性分析 286

7.5.1离散系统的零点、极点概念 286

7.5.2 Z平面与S平面的映射关系 287

7.5.3离散系统稳定的充要条件 289

7.5.4劳斯判据在z域中的应用 290

7.5.5朱利判据 293

7.6离散系统的稳态性能分析 295

7.6.1离散系统的稳态误差 295

7.6.2离散系统稳态性能分析举例 298

7.7离散系统的动态性能分析 300

7.7.1由动态响应曲线直接求得动态指标 300

7.7.2闭环极点位置与系统过渡过程的关系 302

7.7.3离散系统的性能分析示例 304

7.8应用MATLAB进行离散系统分析 306

本章小结 310

习题7 310

第8章 非线性控制系统分析 313

8.1非线性系统概述 314

8.1.1非线性现象 315

8.1.2典型非线性特性 316

8.1.3非线性系统的分析方法 320

8.2描述函数法 322

8.2.1谐波线性化与描述函数 322

8.2.2典型非线性特性的描述函数 324

8.2.3组合非线性特性 329

8.2.4基于描述函数的非线性系统分析 331

8.3相平面法 338

8.3.1相轨迹的基本概念 338

8.3.2线性二阶系统的相轨迹与特性 339

8.3.3相轨迹绘制方法及其一般特性 344

8.3.4极限环 346

8.3.5非线性系统的相平面分析 348

本章小结 351

习题8 351

附表1常用函数的拉氏变换及z变换对照表 355

附表2常见典型的非线性特性及描述函数 356

参考文献 358