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第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2自动控制理论的建立和发展 1

1.3自动控制系统的基本概念 3

1.3.1自动控制问题 3

1.3.2控制系统的基本术语 4

1.3.3自动控制系统的构成和要素 5

1.3.4开环控制与反馈控制的特点 6

1.3.5对控制系统的要求 6

1.3.6控制系统的分类 7

1.4自动控制理论的基本概念及主要内容 7

1.5小结 8

1.6习题 8

第2章 动态系统模型 9

2.1引言 9

2.2系统的时域模型 9

2.2.1常微分方程模型 9

2.2.2非线性系统的局部线性化模型 11

2.2.3“黑箱”模型 15

2.3复频域模型与传递函数 17

2.3.1 Laplace变换 17

2.3.2传递函数 20

2.3.3典型环节 21

2.3.4传递函数的两个标准式 21

2.4结构图及系统互联 23

2.4.1结构图 23

2.4.2系统互联结构 24

2.5信号流图及Mason增益公式 27

2.5.1信号流图 27

2.5.2 Mason增益公式 28

2.6闭环系统的特性 29

2.7小结 32

2.8习题 32

第3章 连续时间线性系统的时域分析 36

3.1典型输入信号及其Laplace变换 36

3.1.1阶跃函数 36

3.1.2斜坡函数 36

3.1.3抛物线函数 37

3.1.4脉冲函数 37

3.1.5正弦函数 37

3.2线性时不变系统的时域响应 38

3.2.1用线性微分方程理论分析 38

3.2.2用Laplace变换分析 39

3.3线性系统的稳定性 40

3.3.1稳定性的概念 41

3.3.2线性时不变系统稳定的条件 42

3.3.3 Routh-Hurwitz判据 44

3.4控制系统的性能指标 47

3.4.1暂态性能 47

3.4.2稳态性能 48

3.5典型一阶系统 49

3.5.1单位阶跃响应 49

3.5.2单位斜坡响应 50

3.5.3单位加速度响应 50

3.6典型二阶系统 50

3.6.1二阶系统的数学模型 51

3.6.2系统的特征根与参量ζ、ωn的关系 52

3.6.3单位阶跃响应 53

3.6.4单位斜坡响应 56

3.6.5改善二阶系统的性能 57

3.7高阶系统的响应 59

3.7.1高阶系统单位阶跃响应 59

3.7.2闭环主导极点 60

3.8线性系统的稳态性能 60

3.8.1基本概念 60

3.8.2系统类型与稳态误差的关系 62

3.8.3典型输入的系统稳态误差 63

3.8.4扰动稳态误差 63

3.9根轨迹法 65

3.9.1基本概念 65

3.9.2根轨迹的幅值条件及相角条件 66

3.9.3根轨迹的作图规则 67

3.9.4参数根轨迹 71

3.10小结 72

3.11习题 72

第4章 线性控制系统的频域分析 76

4.1频率特性 76

4.1.1频率响应 76

4.1.2 Fourier变换和广义频率特性 78

4.2频率特性曲线 79

4.2.1典型环节的频率特性曲线 79

4.2.2开环系统的频率特性曲线 84

4.3系统稳定性的环路分析 85

4.3.1环路分析 85

4.3.2相对稳定性与稳定裕度 87

4.4 Nyquist稳定性判据及其应用 89

4.4.1幅角原理 89

4.4.2 Nyquist稳定性判据 91

4.4.3 Nyquist稳定性判据的应用 94

4.4.4模型扰动的稳定鲁棒性 96

4.5 Bode图及其应用 97

4.5.1 Bode图的概念 97

4.5.2典型环节的Bode图 99

4.5.3复杂系统开环Bode图的渐近线描图法 103

4.5.4对数稳定判据 105

4.5.5 Bode幅相关系式与最小相位系统 106

4.5.6稳定裕度的计算 108

4.6利用开环频率特性分析系统的性能 112

4.6.1低频渐近线与系统稳态误差的关系 112

4.6.2交越区的频率特性与系统动态性能的关系 112

4.6.3高频段频率特性对系统性能的影响 115

4.7闭环频域分析 116

4.7.1闭环频率特性 116

4.7.2用MATLAB程序求闭环频率特性 117

4.7.3闭环频率特性的几个特征量 118

4.7.4闭环频域指标 119

4.8小结 122

4.9习题 123

第5章 线性控制系统的综合与校正 126

5.1引言 126

5.1.1校正方式 126

5.1.2校正目标 127

5.1.3校正的基本思路 127

5.1.4性能指标 127

5.2环路整形 128

5.3串联校正 131

5.3.1串联超前校正 132

5.3.2串联滞后校正 136

5.3.3串联滞后-超前校正 142

5.4复合校正 152

5.5局部反馈校正 157

5.6控制系统的动态性能约束 159

5.6.1过程输入信号幅值与模型摄动边界 159

5.6.2非最小相位系统的性能约束 162

5.6.3非最小相位系统的稳定补偿器的存在条件 165

5.7极点配置设计 166

5.8小结 173

5.9习题 173

第6章 非线性控制系统分析 175

6.1非线性控制系统概述 175

6.1.1控制系统中的典型非线性特性 175

6.1.2非线性控制系统的特殊性 177

6.1.3非线性控制系统的分析方法 178

6.2相平面法 178

6.2.1相平面的基本概念 178

6.2.2绘制相平面图的等倾线法 181

6.2.3二阶线性系统的奇点和相轨迹 182

6.2.4非线性系统的相平面分析 184

6.2.5相平面法分析小结 187

6.3描述函数法 188

6.3.1描述函数的基本内容 188

6.3.2典型非线性特性的描述函数 190

6.3.3非线性特性的合并 193

6.3.4用描述函数法分析非线性系统 194

6.4改善非线性系统性能的措施及运用非线性特性 198

6.4.1改善非线性系统性能的措施 198

6.4.2运用非线性特性 199

6.5小结 200

6.6习题 200

第7章 离散控制系统的基本理论 203

7.1引言 203

7.2信号的采样与保持 204

7.2.1采样过程 204

7.2.2理想采样信号的数学描述 205

7.2.3采样定理及采样周期的选取 207

7.2.4信号的保持 210

7.3 z变换理论 212

7.3.1 z变换定义 212

7.3.2Z变换的基本定理 213

7.3.3 z变换的求法 217

7.3.4 z反变换及其求法 219

7.4离散控制系统的数学描述 222

7.4.1差分方程与离散传递函数 222

7.4.2脉冲传递函数 225

7.5离散控制系统的分析 228

7.5.1 s域到z域的映射 228

7.5.2离散控制系统的响应 228

7.5.3离散控制系统的稳定性判据 229

7.5.4离散控制系统的暂态响应 231

7.5.5离散控制系统的稳态误差 232

7.6线性离散控制系统的校正 234

7.6.1最少拍控制 234

7.6.2有限拍控制 236

7.6.3离散PID控制 236

7.7小结 237

7.8习题 238

参考文献 240