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第1章 绪论 1

1.1自动控制的基本概念 1

1.1.1自动控制与自动控制系统 1

1.1.2开环控制与闭环控制 2

1.2自动控制系统的分类 4

1.3自动控制系统的组成及性能要求 6

1.3.1自动控制系统的组成 6

1.3.2对控制系统的性能要求 7

1.4自动控制理论的发展 9

1.4.1经典控制理论 9

1.4.2现代控制理论 10

1.4.3智能控制理论 11

本章小结 11

思考与练习 12

第2章 自动控制系统的数学模型 13

2.1控制系统的微分方程 13

2.1.1微分方程的建立 13

2.1.2拉氏变换及其应用 17

2.1.3拉氏变换法求解微分方程 24

2.2传递函数 26

2.2.1传递函数的定义 27

2.2.2传递函数的性质 28

2.2.3传递函数的表达式 29

2.2.4传递函数的求解方法 30

2.3典型环节的传递函数 32

2.3.1传递函数的一般形式 32

2.3.2比例环节 34

2.3.3惯性环节 35

2.3.4积分环节 35

2.3.5微分环节 36

2.3.6振荡环节 37

2.3.7延迟环节 37

2.4动态结构图 38

2.4.1动态结构图的概念与一般画法 38

2.4.2动态结构图的等效变换与简化 40

2.5信号流图与梅逊增益公式 45

2.5.1信号流图 46

2.5.2梅逊增益公式 47

2.6反馈控制系统的传递函数 49

2.7用MATLAB处理系统数学模型 52

2.7.1建立模型 52

2.7.2简化模型 54

本章小结 55

思考与练习 55

第3章 时域分析法 59

3.1时域分析基础 59

3.1.1典型输入信号 59

3.1.2动态及稳态性能指标 61

3.2一阶系统的时域分析 63

3.2.1一阶系统的数学模型 63

3.2.2一阶系统的时间响应及性能分析 63

3.3二阶系统的时域分析 66

3.3.1二阶系统的数学模型 66

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 68

3.3.3欠阻尼二阶系统的动态性能指标 72

3.4高阶系统的时域分析 80

3.4.1高阶系统的单位阶跃响应 80

3.4.2闭环零、极点对系统性能的影响 81

3.4.3闭环主导极点 82

3.5线性系统的稳定性分析 82

3.5.1稳定性的概念及线性系统稳定的充要条件 82

3.5.2劳斯稳定判据 83

3.5.3劳斯稳定判据的两种特殊情况 84

3.5.4劳斯稳定判据在系统分析中的应用 86

3.5.5结构性不稳定系统的改进措施 87

3.6线性系统的稳态误差分析 89

3.6.1控制系统的误差与稳态误差 90

3.6.2误差的数学模型 90

3.6.3给定信号作用下的稳态误差 93

3.6.4扰动信号作用下的稳态误差 100

3.6.5减小稳态误差的方法 102

3.7用MATLAB进行系统时域分析 104

3.7.1用MATLAB分析系统的稳定性 104

3.7.2用MATLAB分析系统的动态特性 106

本章小结 109

思考与练习 109

第4章 根轨迹法 113

4.1根轨迹的基本概念 113

4.1.1根轨迹的概念 113

4.1.2根轨迹方程 115

4.2绘制根轨迹的规则和方法 116

4.3延迟系统的根轨迹 126

4.4广义根轨迹 129

4.4.1参数根轨迹 129

4.4.2零度根轨迹 131

4.5用根轨迹法分析系统性能 134

4.5.1增加开环极点对控制系统的影响 135

4.5.2增加开环零点对控制系统的影响 136

4.5.3用根轨迹确定系统参数 136

4.5.4用根轨迹分析系统的动态性能 140

4.6用MATLAB绘制系统的根轨迹 141

本章小结 143

思考与练习 144

第5章 频域分析法 148

5.1频率特性 148

5.1.1基本概念 148

5.1.2频率特性的定义 150

5.1.3频率特性的数学表示及作图 153

5.2典型环节的频率特性 156

5.2.1比例环节 156

5.2.2积分环节 157

5.2.3微分环节 158

5.2.4惯性环节 160

5.2.5一阶微分环节 162

5.2.6振荡环节 163

5.2.7二阶微分环节 166

5.2.8延迟环节 167

5.2.9最小与非最小相位系统 167

5.3系统开环频率特性作图 169

5.3.1开环幅相频率特性作图 169

5.3.2开环对数频率特性作图 172

5.4频域稳定性判据 177

5.4.1开环极点与闭环极点的关系 178

5.4.2频域稳定性判据 178

5.4.3频域稳定性分析 182

5.4.4奈氏稳定判据在伯德图中的应用 186

5.4.5稳定裕度 188

5.4.6闭环系统的频率特性 191

5.4.7频率特性分析 192

5.5用MATLAB进行系统频域分析 195

本章小结 201

思考与练习 202

第6章 线性系统的校正方法 205

6.1控制系统校正的概念 205

6.1.1控制系统的设计步骤 205

6.1.2校正的概念与校正方案 206

6.1.3校正方法 210

6.2 PID控制器 211

6.2.1 P（比例）控制器 211

6.2.2 PD（比例-微分）控制器 211

6.2.3 PI（比例-积分）控制器 212

6.2.4 PID（比例-积分-微分）控制器 213

6.3串联校正的分析法 214

6.3.1超前校正 214

6.3.2滞后校正 223

6.3.3滞后—超前校正 229

6.4串联校正的综合法 232

6.4.1综合法的基本方法 232

6.4.2按最佳二阶系统校正 233

6.4.3按典型三阶系统校正 237

6.5反馈校正设计 239

6.6复合控制校正设计 242

6.6.1复合控制的概念 242

6.6.2按扰动补偿的复合控制系统 242

6.6.3按输入补偿的复合控制系统 244

6.7用MATLAB进行校正设计 247

本章小结 253

思考与练习 254

第7章 离散控制系统分析 255

7.1离散控制系统的基本概念 255

7.1.1采样过程 255

7.1.2采样定理 258

7.1.3信号的复现与保持 260

7.2 z变换 263

7.3离散控制系统的数学模型 267

7.3.1差分方程 267

7.3.2脉冲传递函数 270

7.3.3闭环系统的脉冲传递函数 275

7.4离散控制系统稳定性分析 279

7.5离散系统的稳态误差 284

7.6离散系统的动态性能 288

本章小结 294

思考与练习 295

第8章 非线性控制系统分析 298

8.1控制系统的非线性特性 299

8.1.1继电特性 299

8.1.2饱和特性 299

8.1.3死区特性 300

8.1.4滞环特性 301

8.1.5摩擦特性 302

8.2相平面分析法 302

8.2.1相平面与相轨迹 302

8.2.2相平面作图 304

8.2.3相轨迹的运动特性 308

8.2.4相平面图分析 314

8.3描述函数法 319

8.3.1描述函数的定义 319

8.3.2非线性环节的描述函数 321

8.3.3非线性控制系统的描述函数分析 324

本章小结 327

思考与练习 328