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第1章 控制系统的基本概念 1

1.1 控制理论概述 1

1.1.1 控制理论发展历史 1

1.1.2 控制理论常用术语与应用实例 2

1.1.3 控制系统面临的问题 3

1.1.4 控制理论基础的特点 4

1.2 控制理论基础的基本概念 5

1.2.1 控制理论的基本原理 5

1.2.2 控制系统的控制方式 9

1.2.3 控制系统的组成 11

1.2.4 控制系统实例分析 12

1.3 控制系统的分类 15

1.3.1 按输入信号变化的规律分类 15

1.3.2 按系统传输信号对时间的关系分类 16

1.3.3 按系统的输出量和输入量间的关系分类 17

1.3.4 按系统中的参数对时间的变化情况分类 18

1.3.5 按系统中输入输出量个数情况分类 18

1.4 控制系统的基本要求 19

1.4.1 系统的稳定性 19

1.4.2 系统的稳态性能指标 19

1.4.3 系统的动态性能指标 20

1.5 控制系统实例分析 22

1.6 本章小结 25

1.7 习题1 25

第2章 控制理论的数学建模方法 27

2.1 控制理论的数学基础 27

2.1.1 拉氏变换 27

2.1.2 典型输入信号的拉氏变换 28

2.1.3 拉氏变换的性质 30

2.1.4 拉氏反变换 33

2.2 数学模型的建立 38

2.2.1 动态微分方程的编写 38

2.2.2 非线性数学模型线性化 41

2.2.3 传递函数的编写 42

2.2.4 控制系统的动态结构图 48

2.2.5 动态结构图的等效变换和简化 50

2.2.6 信号流图 58

2.3 本章小结 63

2.4 习题2 63

第3章 控制系统时域分析 67

3.1 典型输入信号 67

3.2 一阶系统的时域分析 68

3.2.1 一阶系统的数学模型 68

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 69

3.2.3 一阶系统的冲激响应 70

3.2.4 一阶系统的单位速度响应 72

3.3 二阶系统的阶跃响应 73

3.3.1 典型二阶系统暂态响应 73

3.3.2 二阶系统暂态响应的性能指标 78

3.4 高阶系统的暂态响应 82

3.5 系统的代数稳定判据 83

3.5.1 稳定性及其充分必要条件 83

3.5.2 劳斯稳定判据 83

3.5.3 胡尔维茨判据 87

3.6 稳态误差 89

3.6.1 给定稳态误差与误差系数 89

3.6.2 扰动稳态误差 95

3.6.3 减小稳态误差的方法 96

3.7 本章小结 99

3.8 习题3 99

第4章 根轨迹分析法 103

4.1 根轨迹法的基本概念 103

4.1.1 根轨迹概念 103

4.1.2 闭环零点、极点与开环零点、极点的关系 105

4.1.3 根轨迹方程 106

4.2 根轨迹法的一般步骤 108

4.3 绘制根轨迹的基本法则 109

4.4 控制系统根轨迹的绘制 119

4.5 广义根轨迹 124

4.5.1 参数根轨迹 125

4.5.2 零度根轨迹 128

4.6 线性系统的根轨迹分析方法 131

4.6.1 主导极点的概念 132

4.6.2 控制系统的稳定性分析 135

4.6.3 控制系统的暂态性能分析 136

4.6.4 控制系统的稳态性能分析 138

4.6.5 开环零点、极点分布对系统性能的影响 138

4.6.6 利用MATLAB绘制系统的根轨迹 141

4.7 本章小结 146

4.8 习题4 147

第5章 频率响应法 149

5.1 频率响应的概念 149

5.2 频率特性的图形表示方法 152

5.2.1 频率特性曲线 152

5.2.2 幅相频率特性曲线 152

5.2.3 对数频率特性曲线 153

5.3 典型环节的频率特性 154

5.3.1 比例环节的频率特性 154

5.3.2 惯性环节的频率特性 155

5.3.3 积分环节的频率特性 158

5.3.4 微分环节的频率特性 160

5.3.5 振荡环节的频率特性 161

5.3.6 时滞环节的频率特性 165

5.3.7 最小相位环节和非最小相位环节 165

5.4 系统的开环频率特性 166

5.4.1 系统的开环频率特性的图形表示方法 166

5.4.2 系统的开环幅相特性曲线的绘制 168

5.4.3 系统的开环对数特性曲线的绘制 173

5.5 奈奎斯特稳定判据 176

5.5.1 辅助函数 176

5.5.2 映射定理 177

5.5.3 奈奎斯特稳定判据 178

5.5.4 奈奎斯特稳定判据的应用 181

5.5.5 对数稳定判据 182

5.5.6 稳定裕度 184

5.6 利用开环频率特性分析系统的性能 188

5.6.1 低频渐近线与系统稳态误差的关系 188

5.6.2 中频的斜率与系统稳定性的关系 190

5.6.3 开环频率特性和系统动态性能的关系 191

5.7 闭环频率特性 194

5.7.1 利用向量法求闭环频率特性 194

5.7.2 尼柯尔斯图线 195

5.7.3 等幅值轨迹 197

5.7.4 等相角轨迹 199

5.7.5 闭环系统的频域性能指标 200

5.8 本章小结 202

5.8 习题5 203

附录A 模拟试题 208

A1 模拟试题1 208

A2 模拟试题2 210

参考文献 211