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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 自动控制的基本概念：反馈 1

1.3 开环控制和闭环控制 3

1.4 自动控制系统的基本组成 5

1.5 对控制系统性能的要求 6

1.6 自动控制系统的分类 7

1.6.1 按给定信号的特征划分 7

1.6.2 按系统的数学描述划分 8

1.6.3 按信号传递的连续性划分 9

1.6.4 按系统的输入与输出信号的数量划分 10

1.7 控制系统实例 11

1.7.1 内燃机的转速控制系统 11

1.7.2 汽车ABS控制系统 12

1.7.3 液位控制系统 13

1.8 MATLAB简介 14

习题 15

第2章 控制系统的数学模型 19

2.1 时间域数学模型：微分方程 19

2.1.1 系统微分方程的建立及举例 19

2.1.2 非线性系统的线性化 21

2.2 复数域数学模型：传递函数 23

2.2.1 传递函数的定义 24

2.2.2 传递函数的性质 24

2.3 频率域数学模型：频率特性 25

2.4 典型环节的数学模型 25

2.5 控制系统的方块图 30

2.5.1 方块图的组成单元 30

2.5.2 方块图的建立 31

2.5.3 方块图的运算法则 33

2.5.4 方块图的简化法则 35

2.5.5 方块图简化 37

2.5.6 梅逊公式求传递函数 40

2.6 控制系统常用的传递函数 41

2.7 典型系统的数学模型 42

2.7.1 机械系统 42

2.7.2 电气系统 43

2.7.3 液位系统 44

2.8 MATLAB在数学模型中的应用 44

习题 47

第3章 时域分析法 52

3.1 典型测试信号 52

3.1.1 阶跃函数 52

3.1.2 斜坡函数 53

3.1.3 抛物线函数 53

3.1.4 脉冲函数 54

3.1.5 正弦函数 54

3.2 控制系统的稳定性分析 55

3.2.1 稳定性的基本概念 55

3.2.2 线性定常系统稳定的充分必要条件 56

3.2.3 劳斯（Routh）稳定判据 56

3.3 控制系统的稳态误差分析 60

3.3.1 误差及稳态误差定义 61

3.3.2 利用终值定理求稳态误差 61

3.3.3 系统的型别与开环增益 62

3.3.4 稳态误差系数和稳态误差计算 63

3.3.5 典型信号合成输入 67

3.3.6 扰动作用下的稳态误差计算 69

3.3.7 给定输入、扰动共同作用下系统的误差 70

3.3.8 减小稳态误差的方法 71

3.4 控制系统的动态性能指标 71

3.5 一阶系统的动态响应及性能分析 72

3.5.1 数学模型 72

3.5.2 典型输入响应 73

3.6 二阶系统的动态响应及性能分析 77

3.6.1 二阶系统数学模型的标准式 77

3.6.2 典型二阶系统的单位阶跃响应 78

3.6.3 二阶欠阻尼系统的动态性能指标 80

3.6.4 二阶系统单位脉冲响应的MATLAB求解 86

3.6.5 二阶系统单位斜坡响应的MATLAB求解 87

3.7 高阶系统时间响应及MATLAB求解 88

3.8 MATLAB在时域分析中的应用 90

习题 92

第4章 频域分析法 95

4.1 频率响应 95

4.2 系统的频率特性 97

4.2.1 系统的频率特性 97

4.2.2 频率特性的性质和作用 99

4.2.3 频率特性的求取方法 99

4.2.4 频率特性的实例 100

4.3 频率特性的奈奎斯特图示方法 101

4.4 典型环节频率特性分析 101

4.4.1 比例环节 101

4.4.2 积分环节 102

4.4.3 理想微分环节 103

4.4.4 惯性环节 103

4.4.5 一阶微分环节 105

4.4.6 振荡环节 105

4.4.7 二阶微分环节 107

4.4.8 延迟环节 107

4.5 控制系统的开环奈奎斯特图 108

4.5.1 绘制系统的开环奈奎斯特图的一般步骤 108

4.5.2 奈奎斯特图的一般形状 109

4.6 奈奎斯特稳定判据 113

4.6.1 辅助函数F（s） 113

4.6.2 辐角原理 114

4.6.3 奈奎斯特稳定判据 115

4.6.4 奈奎斯特稳定判据判别步骤 116

4.6.5 开环含有积分环节时的奈奎斯特轨迹 118

4.6.6 开环含有延时环节时的奈奎斯特轨迹 119

4.6.7 奈奎斯特稳定判据例题 119

4.7 频率特性的图示法——伯德图 120

4.8 典型环节的伯德图 122

4.9 控制系统的开环伯德图 134

4.10 伯德图稳定判据 140

4.11 闭环伯德图 145

4.11.1 闭环伯德图与闭环频域指标 145

4.11.2 闭环伯德图的绘制 146

4.12 控制系统的相对稳定性 149

4.12.1 相位裕度γ 150

4.12.2 幅值裕度Kg 151

4.12.3 相位裕度γ和幅值裕度Kg的求解方法 152

4.12.4 稳定裕度与系统的稳定性 153

4.13 用MATLAB实现线性系统的频域分析 154

4.13.1 绘制伯德图和奈奎斯特图 154

4.13.2 系统分析 155

4.13.3 举例 156

习题 163

第5章 控制系统的校正与设计 167

5.1 校正和设计概述 167

5.1.1 控制系统的校正 167

5.1.2 系统的性能指标 167

5.1.3 期望的伯德图 167

5.1.4 校正装置的种类及特点 169

5.2 串联校正 170

5.2.1 串联超前校正 170

5.2.2 串联滞后校正 174

5.2.3 串联超前-滞后校正 177

5.2.4 串联超前校正、滞后校正和超前-滞后校正的比较 180

5.3 PID校正 180

5.3.1 PID控制器 180

5.3.2 基本控制规律 181

5.4 局部反馈校正 184

5.4.1 反馈校正原理 184

5.4.2 反馈校正装置的设计步骤 185

5.5 复合控制 186

5.5.1 按输入补偿的复合控制 186

5.5.2 按扰动补偿的复合控制 187

5.6 MATLAB在系统校正中的应用 187

5.6.1 串联超前校正 188

5.6.2 PID校正 192

习题 195

附录 拉普拉斯变换及其逆变换 197

主要参考文献 201