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上篇 3

第1章 自动控制的一般概念 3

1.1自动控制的基本概念与方式 3

1.1.1自动控制的基本概念 3

1.1.2自动控制系统的基本控制方式 4

1.2自动控制系统的分类 6

1.3对控制系统性能的基本要求及评价 8

1.3.1对控制系统的基本要求 8

1.3.2对控制系统性能的评价 9

本章小结 12

习题 12

第2章 控制系统的数学模型 14

2.1线性定常系统微分方程的建立及求解 14

2.1.1线性定常系统微分方程的建立 14

2.1.2线性定常系统微分方程的求解 16

2.2线性定常系统的传递函数 17

2.2.1传递函数的基本概念 17

2.2.2传递函数的求解方法 17

2.2.3传递函数的性质 19

2.3控制系统的结构图及其等效变换 19

2.3.1结构图的组成和绘制 19

2.3.2结构图的等效变换及化简 20

2.3.3控制系统各类传递函数的确定方法 24

2.4控制系统的信号流图 26

2.4.1信号流图的基本概念 26

2.4.2信号流图的绘制 27

2.4.3梅森增益公式及其应用 29

本章小结 31

习题 32

第3章 线性系统的时域分析法 34

3.1一阶系统的时域分析 34

3.1.1一阶系统描述 34

3.1.2其他典型输入信号的一阶系统输出响应 35

3.2二阶系统的时域分析 36

3.2.1二阶系统描述 36

3.2.2二阶欠阻尼系统的性能指标计算 40

3.3控制系统的稳定性分析 43

3.3.1稳定的基本概念 43

3.3.2劳斯稳定判据 44

3.4控制系统的稳态误差分析 47

3.4.1误差与稳态误差的关系 47

3.4.2控制系统类型 48

3.4.3给定信号作用下的稳态误差 48

本章小结 51

习题 52

第4章 线性系统的根轨迹法 53

4.1根轨迹的基本概念 53

4.1.1根轨迹的概念 53

4.1.2根轨迹方程 54

4.2根轨迹绘制的基本法则 55

4.2.1绘制根轨迹的基本法则 55

4.2.2闭环系统零点、极点与时间响应性能的关系 62

本章小结 62

习题 62

第5章 线性系统的频率特性法 64

5.1频率特性的概述 64

5.1.1频率特性的基本概念 64

5.1.2开环传递函数典型环节的分解 66

5.1.3系统典型环节与开环频率特性的对应关系 66

5.2典型环节及系统开环频率特性的绘制 67

5.2.1典型环节的极坐标图 67

5.2.2系统开环极坐标图的绘制 70

5.2.3典型环节的对数坐标图 73

5.2.4系统开环对数坐标图的绘制 78

5.3频率域线性系统的稳定性分析 80

5.3.1奈氏判据中的相关概念 80

5.3.2奈奎斯特稳定判据的简化描述 81

5.3.3奈奎斯特稳定判据在频率特性曲线上的应用 82

5.4频率域线性系统的相对稳定性分析 85

5.4.1幅值穿越频率和相位裕量 85

5.4.2相位穿越频率和幅值裕量 86

5.4.3开环对数幅频特性曲线与系统性能之间的关系 87

本章小结 88

习题 88

第6章 线性离散系统的分析 90

6.1线性离散系统的概述 90

6.1.1线性离散系统的基本结构 90

6.1.2线性离散系统的相关概念 91

6.2 z变换理论 93

6.2.1 z变换的描述 93

6.2.2 z变换的求解方法 93

6.2.3 z反变换 95

6.2.4 z变换在求解差分方程中的应用 96

6.3离散系统的数学模型 97

6.3.1脉冲传递函数的定义 97

6.3.2脉冲传递函数的求解 97

6.3.3开环系统的脉冲传递函数 98

6.3.4闭环系统的脉冲传递函数 100

6.3.5脉冲传递函数与差分方程的相互转换 101

6.4离散系统的动态性能分析 101

6.5离散系统的稳定性分析 102

6.5.1 z域内离散系统稳定的充分必要条件 103

6.5.2离散系统的劳斯稳定判据 104

6.6离散系统的稳态误差分析 105

6.6.1单位阶跃信号输入时系统的稳态误差 106

6.6.2单位斜坡信号输入时系统的稳态误差 106

6.6.3单位加速度信号输入时系统的稳态误差 107

本章小结 108

习题 108

第7章 非线性系统分析 110

7.1非线性系统的基本概念 110

7.1.1非线性系统的数学描述 110

7.1.2非线性特性的分类 110

7.1.3非线性系统的特点 112

7.2非线性系统的描述函数分析法 112

7.2.1描述函数的基本概念 112

7.2.2求解非线性特性的描述函数 114

7.2.3用描述函数法分析非线性系统的稳定性 116

7.3非线性系统的相平面分析法 119

7.3.1相平面的基本概念 119

7.3.2绘制相轨迹 120

7.3.3用相平面法分析非线性系统 122

本章小结 128

习题 129

第8章 线性系统的状态空间分析与综合 131

8.1线性系统的状态空间描述 131

8.1.1线性系统状态空间描述的基本概念 131

8.1.2线性定常系统状态空间表达式的建立方法 133

8.1.3线性定常系统状态方程的解 139

8.1.4状态空间表达式与系统传递函数矩阵的关系 141

8.2线性系统的可控性与可观性 142

8.2.1可控性与可观测性的基本概念 142

8.2.2线性定常系统可控性和可观性的判断方法 143

8.3线性定常系统的线性变换 145

8.3.1线性定常系统状态空间表达式的线性变换 146

8.3.2线性定常系统结构分解 151

8.4线性定常系统的反馈结构及状态观测器 157

8.4.1线性定常系统的反馈结构及其对系统特性的影响 157

8.4.2线性定常系统的极点配置 158

8.4.3全维状态观测器及其设计 160

8.5李雅普诺夫稳定性分析 163

8.5.1基本概念 163

8.5.2线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析 165

本章小结 166

习题 167

下篇 173

第9章 自动控制理论的综合 173

9.1线性系统数学模型的建立方法 173

9.1.1原理描述 173

9.1.2举例说明数学模型的建立及求解方法 173

9.2线性系统时域分析法的应用 177

9.2.1由系统结构图或响应曲线确定传递函数或系统中的参数 177

9.2.2确定系统的传递函数并分析稳定性和稳态误差等情况 179

9.2.3由开环传递函数确定主导极点与闭环系统动态特性的关系 180

9.2.4由状态反馈矩阵求解与时间t=0有关的系数矩阵A 180

9.3线性系统根轨迹法的应用 181

9.4线性系统频率特性法的应用 185

9.4.1线性系统频率特性法描述 185

9.4.2线性系统频率特性与传递函数的关系 189

9.5线性离散控制系统的设计及应用 192

9.6非线性系统的设计及应用 196

9.6.1用描述函数法分析非线性系统 196

9.6.2用相平面法分析非线性系统 199

9.6.3非线性系统性能分析 202

9.7状态空间法设计及应用 204

9.7.1确定状态空间表达式的相关问题 205

9.7.2给定状态空间表达式或传递函数确定相关问题 207

9.7.3设计状态反馈及状态反馈矩阵K 212

9.7.4已知状态空间表达式设计全维状态观测器 213

9.7.5线性离散系统的状态空间表达式求解及稳定性分析 215

9.8控制系统的综合校正与设计 217

9.8.1基础知识介绍 217

9.8.2由已知条件对系统进行校正实现 219

附录A 226

参考文献 231