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1.1 概述 1

1.2 自动控制的发展简史 1

第1章 自动控制的基本概念 1

1.3 自动控制的基本方式 3

1.3.1 开环控制 3

1.3.2 闭环控制 4

1.3.3 复合控制 6

1.3.4 自动控制系统的基本组成 7

1.4 自动控制系统的分类 8

1.4.1 恒值系统、随动系统及程序控制系统 8

1.4.3 连续控制系统和离散控制系统 9

1.4.2 线性系统和非线性系统 9

1.5 对自动控制系统的基本要求 10

习题1 11

第2章 控制系统的数学模型 13

2.1 微分方程 13

2.2 非线性微分方程的线性化 17

2.3 传递函数 18

2.3.1 传递函数的基本概念 18

2.3.2 典型环节及其传递函数 19

2.4.2 结构图的组成 25

2.4.1 结构图的基本概念 25

2.4 结构图及其等效变换 25

2.4.3 系统结构图的建立 26

2.4.4 结构图的等效变换 29

2.4.5 结构图等效变换的应用 34

2.5 闭环控制系统的传递函数 35

2.5.1 系统的开环传递函数 36

2.5.2 系统的闭环传递函数 36

2.5.3 闭环系统的误差传递函数 37

2.6 利用MATLAB求系统的传递函数 38

2.7 设计实例：低通滤波器的设计 40

习题2 41

第3章 线性连续系统的时域分析 45

3.1 典型输入信号和动态性能指标 45

3.1.1 典型输入信号 45

3.1.2 动态性能指标 47

3.2 一阶系统的时域分析 49

3.2.1 一阶系统的数学模型 49

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应及其动态性能指标 49

3.3 二阶系统的时域分析 51

3.3.1 二阶系统的数学模型 51

3.3.2 二阶系统的闭环极点 52

3.3.3 二阶系统的单位阶跃响应 53

3.3.4 欠阻尼二阶系统的动态性能指标计算 57

3.3.5 具有零点的二阶系统的时域分析 59

3.4 高阶系统的时域分析 61

3.4.1 典型三阶系统的时域分析 61

3.4.2 高阶系统的时域分析 62

3.5 线性系统的稳定性分析 63

3.5.1 稳定的基本概念和线性系统稳定的充要条件 63

3.5.2 劳斯（Routh）判据 64

3.5.3 劳斯判据的特殊情况 66

3.6.1 误差及稳态误差的基本概念 67

3.6 稳态误差分析 67

3.6.2 给定输入作用下的稳态误差分析 68

3.6.3 扰动输入作用下的稳态误差分析 73

3.6.4 减小或消除稳态误差的措施 74

3.7 应用MATLAB分析控制系统的性能 75

3.7.1 利用MATLAB分析系统的稳定性 75

3.7.2 用MATLAB分析系统的动态性能 77

3.8 设计实例：望远镜指向控制系统的设计 78

习题3 80

4.1 根轨迹的基本概念 84

4.1.1 根轨迹概念 84

第4章 根轨迹法 84

4.1.2 根轨迹与系统性能的关系 85

4.1.3 根轨迹方程 85

4.2 根轨迹绘制的基本法则 87

4.2.1 根轨迹的起点和终点 87

4.2.2 根轨迹条数和对称性 88

4.2.3 实轴上的根轨迹 88

4.2.4 根轨迹的分离点或会合点 89

4.2.5 根轨迹的渐近线 90

4.2.6 根轨迹的出射角和入射角 92

4.2.7 根轨迹与虚轴的交点 93

4.2.8 闭环极点的性质 94

4.3 广义根轨迹 97

4.3.1 参数根轨迹 97

4.3.2 零度根轨迹 99

4.4 控制系统的根轨迹法分析 103

4.4.1 闭环零、极点与系统的阶跃响应 103

4.4.2 利用主导极点估算系统的性能指标 104

4.4.3 通过改变根轨迹改善系统的品质 105

4.5 利用MATLAB绘制系统的根轨迹 107

4.6 设计实例：激光操纵控制系统 108

习题4 110

5.1 频率特性的基本概念 114

第5章 线性连续系统的频域分析 114

5.2 频率特性的几何表示方法 116

5.2.1 幅相频率特性曲线 116

5.2.2 对数频率特性曲线 118

5.3 典型环节的频率特性 119

5.3.1 比例环节的频率特性 119

5.3.2 积分环节的频率特性 120

5.3.3 惯性环节的频率特性 121

5.3.4 振荡环节的频率特性 124

5.3.5 微分环节的频率特性 127

5.3.6 延迟环节的频率特性 128

5.4 开环系统频率特性的绘制 129

5.4.1 开环幅相曲线的绘制 129

5.4.2 开环对数频率特性的绘制 133

5.4.3 最小相位系统和非最小相位系统 137

5.5 频域稳定性判据 138

5.5.1 奈奎斯特稳定判据 139

5.5.2 对数频率稳定判据 146

5.6 稳定裕度 147

5.7 开环频率特性与系统动态性能的关系 149

5.8.1 闭环频率特性和开环频率特性的关系 152

5.8 闭环频率特性 152

5.8.2 等M圆图和等N圆图 153

5.8.3 带宽频率和带宽 155

5.8.4 闭环系统频域和时域指标的转换 156

5.9 利用MATLAB绘制系统的频率特性 158

5.10 设计实例：雕刻机位置控制系统 160

习题5 161

第6章 自动控制系统的校正 165

6.1 控制系统校正的概念 165

6.2 频率法串联校正 167

6.2.1 串联超前校正 168

6.2.2 串联滞后校正 173

6.2.3 串联滞后—超前校正 176

6.3 反馈校正 179

6.4 复合校正 182

习题6 185

第7章 非线性控制系统分析 189

7.1 非线性系统的一般概念 189

7.1.1 典型非线性特性 189

7.1.2 非线性系统的特征 190

7.2 描述函数法 191

7.2.1 描述函数的概念 191

7.2.2 描述函数的求法 192

7.3 非线性系统的描述函数法分析 194

7.3.1 非线性系统的稳定性分析 195

7.3.2 非线性系统自激振荡分析 196

7.4 相平面分析法 198

7.4.1 相平面分析法的基本概念 198

7.4.2 相平面图的绘制 198

7.4.3 奇点和奇线 201

7.4.4 非线性系统的相平面分析 205

习题7 207

8.1 离散系统的基本概念 210

8.1.1 采样控制系统 210

第8章 线性离散系统的分析与综合 210

8.1.2 数字控制系统 212

8.1.3 离散控制系统的特点 214

8.1.4 离散系统的研究方法 214

8.2 信号的采样与保持 214

8.2.1 采样过程 214

8.2.2 香农采样定理 215

8.3 Z变换 221

8.3.1 Z变换的定义 221

8.3.2 Z变换方法 221

8.3.3 Z变换的基本定理 224

8.3.4 Z反变换 226

8.3.5 差分方程及其解法 228

8.4 脉冲传递函数 229

8.4.1 脉冲传递函数的定义 229

8.4.2 开环系统脉冲传递函数 231

8.4.3 有零阶保持器的开环系统脉冲传递函数 233

8.4.4 闭环系统脉冲传递函数 234

8.5 离散系统的性能分析 238

8.5.1 离散系统的稳定性 238

8.5.2 离散系统的稳态误差 242

8.5.3 离散系统的动态性能 245

8.6.1 应用对数频率特性综合离散系统 250

8.6 离散系统的综合 250

8.6.2 最少拍系统设计 252

8.7 数字控制器的实现 258

8.8 MATLAB在离散系统中的应用 259

习题8 261

附录 264

附录Ⅰ-1 常用函数拉普拉斯变换表 264

附录Ⅰ-2 拉普拉斯变换的一些定理 265

附录Ⅱ 常用函数z变换表 266

附录Ⅲ MATLAB控制系统工具箱部分函数表 268

参考文献 269