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第1章 自动控制系统概述 1

1.1自动控制与自动控制系统 2

1.1.1自动控制及其任务 2

1.1.2自动控制系统的基本组成 4

1.1.3自动控制系统的结构形式 5

1.2自动控制系统示例 8

1.3自动控制系统的分类 10

1.4控制系统的性能要求 11

1.5自动控制理论概要 13

1.5.1自动控制理论的发展 13

1.5.2本书内容及实际应用问题 15

小结 16

习题 16

第2章 控制系统的数学模型 18

2.1控制系统的微分方程 19

2.1.1列写微分方程的一般方法 19

2.1.2系统微分方程的建立 22

2.1.3线性微分方程的解 23

2.2非线性方程的线性化 24

2.3控制系统的传递函数 26

2.3.1传递函数的概念及性质 26

2.3.2典型环节的传递函数及其动态响应 28

2.4控制系统动态结构图 36

2.4.1动态结构图的概念及建立方法 36

2.4.2结构图的等效变换与化简 40

2.4.3梅森增益公式 47

2.5闭环系统的传递函数 49

2.5.1系统的开环传递函数 50

2.5.2系统的闭环传递函数 50

2.5.3系统的误差传递函数 51

2.6控制系统数学模型建立举例 52

2.7用MATLAB处理系统数学模型 55

小结 59

习题 59

第3章 时域分析法 64

3.1典型响应及性能指标 65

3.1.1典型输入信号 65

3.1.2阶跃响应的性能指标 67

3.2一阶系统分析 68

3.2.1一阶系统数学模型及单位阶跃响应 68

3.2.2一阶系统的性能指标 70

3.3二阶系统分析 71

3.3.1二阶系统数学模型及单位阶跃响应 71

3.3.2二阶系统的性能指标 73

3.3.3带零点的二阶系统的单位阶跃响应 76

3.3.4改善二阶系统性能的措施 78

3.4高阶系统性能分析 79

3.5系统稳定性分析 81

3.5.1稳定的数学条件及定义 81

3.5.2劳斯稳定判据 82

3.5.3结构不稳定问题 84

3.6系统稳态误差分析 86

3.6.1误差与稳态误差 86

3.6.2给定信号作用下系统稳态误差的计算 87

3.6.3扰动输入作用下系统稳态误差的计算 91

3.6.4稳态误差的抑制 93

3.7用时域法分析系统性能示例 94

3.8 MATLAB用于时域分析 98

小结 106

习题 107

第4章 根轨迹分析法 109

4.1根轨迹 110

4.1.1根轨迹的基本概念 110

4.1.2根轨迹方程 112

4.2根轨迹的绘制 113

4.2.1绘制根轨迹的基本法则 113

4.2.2根轨迹绘制举例 123

4.3广义根轨迹 127

4.3.1非最小相位根轨迹 127

4.3.2参数根轨迹 128

4.3.3根轨迹簇的绘制 130

4.3.4零度根轨迹 132

4.4开环零、极点对系统性能的影响 134

4.4.1增加开环零点对根轨迹的影响 134

4.4.2增加开环极点对根轨迹的影响 136

4.4.3增加开环偶极子对根轨迹的影响 136

4.5用根轨迹分析控制系统 137

4.6 MATLAB绘制根轨迹 141

小结 146

习题 146

第5章 频率特性法 149

5.1频率特性的基本概念 150

5.1.1频率特性的定义 150

5.1.2频率特性的几何表示法 152

5.2典型环节的频率特性 154

5.2.1比例环节 154

5.2.2积分环节 155

5.2.3微分环节 155

5.2.4惯性环节 156

5.2.5一阶微分环节 158

5.2.6振荡环节 159

5.2.7时滞环节 160

5.3控制系统开环频率特性 162

5.3.1系统开环幅相频率特性曲线 162

5.3.2开环对数频率特性曲线 165

5.4实验法确定系统传递函数 168

5.5频率特性法分析系统稳定性 171

5.5.1开环频率特性和闭环特征方程的关系 172

5.5.2相角变化量和系统稳定性的关系 172

5.5.3奈奎斯特稳定判据 174

5.5.4对数频率稳定判据 178

5.5.5系统的相对稳定性及稳定裕度 180

5.6频率特性与系统性能的关系 183

5.6.1开环频率特性与闭环系统性能的关系 183

5.6.2开环频率特性与动态性能的关系 186

5.7利用MATLAB进行频域分析 189

5.7.1频率特性图的绘制 189

5.7.2求相角裕度和幅值裕度 193

小结 195

习题 196

第6章 控制系统的设计与校正 199

6.1系统设计及校正问题 200

6.2常用校正装置及其特性 203

6.2.1超前校正 203

6.2.2滞后校正 207

6.2.3滞后-超前校正 209

6.2.4 PID控制器 210

6.3用频率法设计校正网络 215

6.3.1用伯德图设计超前校正网络 216

6.3.2用伯德图设计滞后校正网络 221

6.3.3用伯德图设计滞后-超前校正 223

6.4控制系统的工程设计 225

6.4.1自动控制系统设计的一般过程 225

6.4.2系统固有部分的简化 226

6.4.3预期频率特性及参考模型 227

6.4.4校正装置的设计举例 230

6.5 MATLAB用于系统校正与设计 233

小结 235

习题 236

第7章 线性离散控制系统的分析 240

7.1离散系统的基本概念 241

7.1.1采样控制系统的特点 242

7.1.2数字控制系统的特点 242

7.1.3离散控制系统的研究方法 243

7.2信号的采样与保持 243

7.2.1采样过程与采样定理 243

7.2.2采样信号的保持 245

7.3离散控制系统的数学基础 247

7.3.1 Z变换的定义 247

7.3.2 Z变换方法 248

7.3.3 Z变换的基本定理 248

7.3.4 Z反变换 249

7.4离散控制系统的数学模型 250

7.4.1差分方程及其求解 251

7.4.2脉冲传递函数的定义 252

7.4.3开环系统的脉冲传递函数 253

7.4.4闭环系统的脉冲传递函数 255

7.5离散控制系统的动态性能分析 256

7.5.1离散系统的动态响应分析 257

7.5.2闭环极点位置与动态响应的关系 258

7.6离散控制系统的稳定性与稳态误差 261

7.6.1 S平面与Z平面的关系 261

7.6.2 Z平面内的稳定条件 262

7.6.3离散系统的稳定性判据 263

7.6.4离散系统的稳态误差 265

7.7 MATLAB用于离散控制系统分析 268

7.7.1数学模型处理 268

7.7.2动态响应分析 270

7.7.3稳定性分析 271

小结 271

习题 272

第8章 非线性系统分析 274

8.1非线性系统动态过程的特点 275

8.2典型的非线性特性 276

8.2.1饱和非线性特性 276

8.2.2死区非线性特性 277

8.2.3间隙非线性特性 277

8.2.4继电器非线性特性 278

8.3描述函数 279

8.3.1谐波线性化 279

8.3.2非线性特性的描述函数 280

8.4描述函数法及系统分析 287

8.4.1非线性系统的典型结构 287

8.4.2非线性系统的稳定性分析 288

8.4.3自振分析 289

8.4.4用描述函数法分析非线性系统 290

8.4.5非线性系统结构图的简化 292

8.5相平面法及系统分析 294

8.5.1相平面图的绘制 294

8.5.2奇点与极限环 297

8.5.3用相平面法分析非线性系统 300

8.6 MATLAB用于非线性系统分析 302

小结 307

习题 308

附录A 常用函数拉氏变换对照表 312

附录B 常用函数Z变换对照表 313

参考文献 314