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第一章 绪论 1

1.1 自动控制和自动控制系统 1

1.2 自动控制系统的工作原理 1

1.2.1 开环控制系统 1

1.2.1 闭环控制系统 2

1.2.3 复合控制系统 3

1.3 闭环控制系统的基本组成 4

1.4 对控制系统的基本要求 5

1.5 自动控制系统的分类 6

1.6 控制系统举例 7

1.7 自动控制理论的发展简史 11

1.8 控制系统的计算机辅助设计 13

1.8.1 控制系统的计算机辅助设计发展概况 13

1.8.2 控制系统计算机辅助设计的主要内容 14

习题 15

第二章 控制系统的数学描述 18

2.1 线性微分方程的建立及求解 18

2.2.1 传递函数的定义和主要性质 20

2.2 传递函数 20

2.2.2 典型元件的传递函数 22

2.3 控制系统的结构图及其等效变换 34

2.3.1 控制系统结构图的组成 34

2.3.2 系统结构图的等效变换和简化 38

2.3.3 用梅森公式求系统的传递函数 42

2.3.4 闭环控制系统的传递函数 44

2.4 自动控制系统例题 45

2.4.1 液位控制系统 45

2.4.2 位置伺服系统 47

2.4.3 速度控制系统 50

2.4.4 液压调速系统 52

习题 54

第三章 时域分析法 58

3.1 引言 58

3.2 线性系统的时域性能指标 59

3.3 一阶系统的时域分析 60

3.3.1 一阶系统的数学模型 60

3.3.2 一阶系统的单位阶跃响应 61

3.3.4 一阶系统的单位速度响应 62

3.3.3 一阶系统的冲激响应 62

3.3.5 一阶系统的单位加速度响应 63

3.4 二阶系统的时域分析 63

3.4.1 二阶系统的数学模型 63

3.4.2 二阶系统的单位阶跃响应 64

3.4.3 二阶系统的性能改善 70

3.5 线性控制系统的稳定性 72

3.5.1 稳定性的概念 72

3.5.2 线性系统稳定的充要条件 73

3.5.3 代数稳定性判据 74

3.6 稳态误差及其计算 80

3.6.1 误差和稳态误差 80

3.6.2 系统的类型与稳态误差系数 82

3.6.3 动态误差系数 84

3.6.4 扰动作用下的稳态误差 87

3.6.5 减小稳态误差的方法 90

习题 91

4.1 引言 96

4.2 根轨迹的概念 96

第四章 根轨迹法 96

4.3 绘制根轨迹的规则 99

4.4 非最小相位系统的根轨迹 111

4.4.1 正反馈系统的根轨迹 111

4.4.2 具有正反馈性质的系统根轨迹 112

4.4.3 时滞系统的根轨迹 113

4.5 广义根轨迹 115

4.6 增加开环零、极点对根轨迹的影响 117

4.6.2 增加开环极点对根轨迹的影响 118

4.6.1 增加开环零点对根轨迹的影响 118

4.6.3 增加开环偶极子对根轨迹的影响 121

4.7 用根轨迹分析系统性能 122

4.7.1 闭环零、极点分布与阶跃响应的定性分析 122

4.7.2 主导极点和偶极子的概念 123

4.7.3 用主导极点估算系统的性能 123

习题 125

第五章 频率响应法 130

5.1 频率特性 130

5.2 典型环节的频率特性 132

5.3 典型环节的对数频率特性 139

5.4 对数幅相图 143

5.5 系统开环频率特性的绘制 144

5.5.1 系统开环幅相特性的绘制 144

5.5.2 系统开环对数频率特性的绘制 148

5.5.3 由频率特性曲线求系统传递函数 151

5.6 基于频率特性的稳定性判据 152

5.6.1 基于幅相特性的稳定性判据--奈奎斯特稳定性判据 152

5.6.2 在对数坐标图上应用奈奎斯特稳定性判据 158

5.7 稳定裕度 159

5.6.3 在对数幅相图上应用奈奎斯特稳定性判据 159

5.8 闭环频率特性与时域性能指标 164

5.8.1 闭环频率特性主要性能指标 164

5.8.2 一阶系统和二阶系统频域指标与时域指标 165

5.8.3 高阶系统频域指标与时域指标 167

5.9 闭环频率特性的绘制 168

5.9.1 等M圆图和等N圆图 168

5.9.2 尼柯尔斯图 170

5.9.3 非单位反馈系统的闭环频率响应 171

5.10 开环对数频率特性与时域指标 172

5.10.1 开环对数幅频特性“三频段”概念 173

5.10.2 二阶系统最佳参考模型 174

5.10.3 期望开环对数幅频特性的确定 175

习题 176

第六章 控制系统补偿与综合 183

6.1 引言 183

6.2 频率响应法串联补偿 184

6.2.1 串联超前补偿 184

6.2.2 串联滞后补偿 188

6.2.3 串联滞后--超前补偿 191

6.2.4 按二阶最佳参考模型设计 192

6.2.5 按期望开环对数频率特性设计串联补偿装置 193

6.3 根轨迹法串联补偿 195

6.3.1 串联超前补偿 196

6.3.2 串联滞后补偿 202

6.4 PID控制器的设计 205

6.4.1 PID控制器的基本结构 205

6.4.2 比例微分控制器(PD) 206

6.4.3 比例积分控制器(PI) 210

6.4.4 比例积分微分控制器(PID) 213

6.5 反馈补偿 216

6.5.1 反馈补偿的功能 216

6.5.2 常用的反馈补偿形式 216

6.5.3 反馈补偿举例 219

6.5.4 基于根轨迹法确定反馈补偿参数 221

6.6 复合补偿 222

6.6.1 附加输入前馈补偿的复合控制系统 223

6.6.2 附加干扰补偿的复合控制系统 225

6.7 采用零、极点相消法实现补偿与综合 228

6.8 控制系统设计举例 230

6.8.1 磁悬浮球控制系统 230

6.8.2 导弹滚动回路姿态角稳定控制系统 237

6.8.3 天线方位角伺服系统 241

习题 244

7.2 非本质非线性和本质非线性 248

7.2.1 非本质非线性及其线性化 248

7.1 引言 248

第七章 非线性系统分析 248

7.2.2 本质非线性 249

7.2.3 非线性系统的特点 251

7.3 描述函数法 253

7.3.1 基本概念 253

7.3.2 典型非线性特性的描述函数 254

7.4 用描述函数法分析稳定性 259

7.4.1 在奈奎斯特图上的稳定性分析 259

7.4.2 在对数频率特性图上的稳定性分析 261

7.5 双输入描述函数 266

7.6 相平面分析法 268

7.7 相轨迹的作图法 270

7.7.1 解析法 270

7.7.2 等倾线法 272

7.8 相平面图的分析 273

7.8.1 由相平面图求时间解 273

7.8.2 线性控制系统的相平面分析 275

7.8.3 非线性控制系统的相平面分析 279

7.9 利用非线性特性改善系统的控制性能 298

习题 305