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第1章 绪论 1

1.1 自动控制系统的一般概念 1

1.2 自动控制方式 3

1.2.1 开环控制 3

1.2.2 闭环控制 3

1.3 自动控制系统的组成及术语 4

1.3.1 自动控制系统的组成 4

1.3.2 自动控制系统实例 6

1.4 自动控制系统的分类 7

1.4.1 按系统输入信号划分 7

1.4.2 按系统传输信号的性质划分 7

1.4.3 按系统的输入-输出特性划分 8

1.5 对自动控制系统的性能要求及本课程的主要任务 8

1.5.1 对自动控制系统的性能要求 8

1.5.2 本课程的主要任务 9

小结 9

习题 9

第2章 控制系统的数学模型 11

2.1 控制系统的时域数学模型——微分方程 11

2.1.1 常见元部件的微分方程 12

2.1.2 系统的微分方程 14

2.2 拉普拉斯变换 15

2.2.1 拉氏变换的定义 16

2.2.2 常用函数的拉氏变换 16

2.2.3 拉氏变换的基本定理 16

2.2.4 拉氏反变换 17

2.2.5 用拉氏变换分析系统 19

2.3 控制系统的复域数学模型——传递函数 20

2.3.1 传递函数的定义 20

2.3.2 传递函数的性质 22

2.3.3 无源网络和有源网络的传递函数建模 22

2.4 典型环节及其传递函数 22

2.4.1 比例环节 23

2.4.2 惯性环节（非周期环节） 24

2.4.3 积分环节 24

2.4.4 振荡环节 25

2.4.5 微分环节 25

2.4.6 时间延迟环节（滞后环节） 26

2.5 控制系统的结构图 26

2.5.1 系统结构图的组成要素 26

2.5.2 系统结构图的建立方法 27

2.5.3 系统结构图的基本连接方式 29

2.5.4 闭环控制系统常用的传递函数 30

2.5.5 系统结构图的等效变换 31

2.6 控制系统的信号流图 34

2.6.1 信号流图中的术语介绍 35

2.6.2 信号流图与结构图之间的等效关系 35

2.6.3 梅森公式 36

小结 40

习题 40

第3章 控制系统的时域分析 43

3.1 典型输入信号及其拉氏变换 43

3.1.1 阶跃信号 43

3.1.2 斜坡信号 44

3.1.3 抛物线信号 44

3.1.4 脉冲信号 44

3.1.5 正弦信号 45

3.2 控制系统的时域性能指标 45

3.2.1 动态性能指标 45

3.2.2 稳态性能指标 46

3.3 控制系统的稳定性 46

3.3.1 稳定性的概念 46

3.3.2 稳定的充分必要条件 47

3.3.3 稳定性判据——劳斯判据 48

3.3.4 劳斯表的特殊情况 49

3.3.5 劳斯判据的应用 50

3.4 控制系统的稳态误差 51

3.4.1 误差及稳态误差 51

3.4.2 系统的类型和开环增益 52

3.4.3 稳态误差系数 52

3.4.4 扰动信号作用下的稳态误差 55

3.5 一阶系统的时域响应 56

3.5.1 一阶系统的数学模型 56

3.5.2 一阶系统的单位阶跃响应 56

3.5.3 一阶系统的单位脉冲响应 57

3.5.4 一阶系统的单位斜坡响应 58

3.6 二阶系统的时域响应 59

3.6.1 典型二阶系统的数学模型 59

3.6.2 典型二阶系统的单位阶跃响应 59

3.6.3 典型二阶系统的动态性能指标 63

3.7 高阶系统的时域响应 65

3.7.1 高阶系统时域响应的特点 65

3.7.2 高阶系统的降阶 66

小结 67

习题 67

第4章 根轨迹法 70

4.1 闭环控制系统的根轨迹 70

4.1.1 根轨迹的定义 70

4.1.2 根轨迹方程 71

4.1.3 根轨迹方程的应用 72

4.2 绘制根轨迹的基本规则 73

4.2.1 规则1 根轨迹的分支数、对称性和连续性 73

4.2.2 规则2 根轨迹的起点和终点 74

4.2.3 规则3 根轨迹的渐近线 74

4.2.4 规则4 实轴上的轨迹段 76

4.2.5 规则5 根轨迹的分离点和会合点 76

4.2.6 规则6 根轨迹的起始角和终止角 78

4.2.7 规则7 根轨迹与虚轴的交点 79

4.2.8 规则8 根之和 80

4.3 参数根轨迹 81

4.4 根轨迹的应用 82

4.4.1 开环零、极点对根轨迹的影响 83

4.4.2 用根轨迹分析系统的性能 85

小结 87

习题 87

第5章 控制系统的频域分析 90

5.1 频率特性 90

5.1.1 线性定常系统对正弦输入信号的正弦响应 90

5.1.2 频率特性 91

5.1.3 频率特性的图形表示方法 92

5.2 典型环节的频率特性 93

5.2.1 典型环节介绍 93

5.2.2 最小相位环节的频率特性 94

5.2.3 非最小相位环节的频率特性 99

5.3 系统的开环频率特性 99

5.3.1 系统的开环极坐标图（奈氏图） 99

5.3.2 系统的开环对数频率特性图（伯德图） 101

5.3.3 最小相位系统和非最小相位系统 103

5.4 频域稳定判据 104

5.4.1 幅角原理 104

5.4.2 奈奎斯特稳定判据 105

5.4.3 对数稳定判据 108

5.5 系统动态性能的频域分析与频域指标 109

5.6 系统的频域分析 112

5.6.1 开环频率特性指标与时域指标的关系 112

5.6.2 闭环频率特性指标与时域指标的关系 113

5.6.3 对数频率特性图的三频段理论 114

小结 115

习题 116

第6章 控制系统的校正与设计 119

6.1 概述 119

6.1.1 系统的常见性能指标 119

6.1.2 校正方式 120

6.1.3 常见系统校正方法 121

6.2 基本控制规律——PID控制规律 121

6.2.1 P（比例）控制规律 121

6.2.2 PI（比例-积分）控制规律 122

6.2.3 PD（比例-微分）控制规律 123

6.2.4 PID（比例-积分-微分）控制规律 124

6.2.5 PID控制电路 126

6.3 常见校正装置及串联校正 126

6.3.1 相位超前校正 127

6.3.2 相位滞后校正 132

6.3.3 相位滞后-超前校正 136

6.3.4 有源校正网络 139

6.4 局部反馈校正 140

6.4.1 局部反馈校正的基本原理 140

6.4.2 速度反馈 141

6.5 复合校正 142

6.5.1 按输入补偿的复合控制系统 143

6.5.2 按扰动补偿的复合控制系统 143

小结 145

习题 146

第7章 非线性系统分析 148

7.1 非线性系统的概述 148

7.1.1 非线性系统与线性系统的本质区别 148

7.1.2 非线性系统的分析方法 149

7.2 典型非线性特性 150

7.3 相平面法 152

7.3.1 相平面的基本概念 152

7.3.2 相轨迹的特点 153

7.3.3 线性系统的相轨迹 153

7.3.4 非线性系统的奇点和奇线 157

7.3.5 相轨迹的绘制方法 158

7.3.6 非线性系统的相平面分析 161

7.4 描述函数法 165

7.4.1 描述函数的定义 165

7.4.2 典型非线性特性的描述函数 166

7.4.3 组合非线性特性的描述函数 170

7.4.4 用描述函数法分析非线性系统 171

7.5 利用非线性特性改善系统的性能 175

小结 176

习题 177

第8章 离散系统分析 180

8.1 离散系统的基本概念 180

8.1.1 离散信号 180

8.1.2 离散系统 180

8.2 采样与恢复 182

8.2.1 采样过程 182

8.2.2 采样定理 183

8.3 信号保持器 185

8.3.1 零阶保持器时域特性 185

8.3.2 零阶保持器的数学模型 185

8.3.3 零阶保持器的物理实现 186

8.4 z变换 186

8.4.1 z变换的定义 187

8.4.2 z变换的方法 187

8.4.3 z变换的基本性质 189

8.4.4 z反变换的求法 191

8.5 脉冲传递函数 193

8.5.1 脉冲传递函数的定义 193

8.5.2 开环脉冲传递函数 194

8.5.3 闭环控制系统的脉冲传递函数 197

8.6 离散系统稳定性分析 200

8.6.1 离散系统稳定的充要条件 200

8.6.2 离散系统的稳定判据 202

8.7 离散系统的稳态性能分析 205

8.8 离散系统的动态性能分析 207

小结 209

习题 210

附录1 拉氏变换及z变换表 213

附录2 常见系统的根轨迹 215

附录3 常用校正装置 216

参考文献 219