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第1章 自动控制系统的基本概念 1

1.1控制系统的基本形式 2

1.1.1人工控制 2

1.1.2自动控制 2

1.2自动控制系统的组成 3

1.2.1系统框图 3

1.2.2典型反馈控制系统 4

1.3自动控制系统的分类 5

1.3.1按控制系统的结构分类 5

1.3.2按给定信号的类型分类 6

1.3.3按系统参数是否随时间变化分类 6

1.3.4按控制系统的动态特性分类 6

1.3.5按信号传递的连续性分类 7

1.4控制系统的基本要求 7

1.4.1稳定性 8

1.4.2动态特性 8

1.4.3稳态特性 8

习题 9

第2章 控制系统的数学模型 10

2.1拉普拉斯变换 11

2.1.1拉普拉斯变换定义 11

2.1.2拉普拉斯变换基本性质 12

2.1.3拉普拉斯反变换 15

2.2控制系统的微分方程 17

2.2.1机械系统 17

2.2.2电路系统 19

2.2.3机电系统 19

2.3传递函数 20

2.3.1传递函数定义 20

2.3.2传递函数性质 21

2.4典型环节的传递函数 22

2.4.1比例环节 22

2.4.2积分环节 23

2.4.3微分环节 24

2.4.4惯性环节 25

2.4.5振荡环节 25

2.4.6延迟环节 25

2.5控制系统的结构图 26

2.5.1结构图组成要素及绘制方法 27

2.5.2结构图的等效变换 28

2.6信号流程图与梅逊公式 34

2.6.1常用术语及其定义 35

2.6.2信号流程图绘制方法 35

2.6.3梅逊增益公式 37

2.6.4用梅逊公式求传递函数 38

2.7控制系统的传递函数 38

2.7.1前向通路传递函数 39

2.7.2开环传递函数 39

2.7.3闭环传递函数 39

2.8传递函数的MATLAB描述 42

2.8.1有理函数模型 42

2.8.2零极点模型 42

2.8.3系统模型的连接和简化 43

2.8.4有理分式模型与零极点模型的转换 44

习题 45

第3章 控制系统的时域分析法 50

3.1典型输入信号及时域性能指标 51

3.1.1典型输入信号 51

3.1.2时域性能指标 53

3.2一阶系统的时域分析 54

3.2.1一阶系统的单位阶跃响应 55

3.2.2一阶系统的单位斜坡响应 56

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应 58

3.2.4一阶系统的单位加速度响应 59

3.3二阶系统的时域分析 60

3.3.1典型的二阶系统模型 60

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 60

3.3.3二阶系统的瞬态响应指标 63

3.3.4高阶系统的瞬态响应 67

3.4控制系统的稳定性分析 67

3.4.1稳定性的基本概念 67

3.4.2线性系统稳定的充要条件 68

3.4.3劳斯稳定性判据 69

3.4.4 MATLAB稳定性判断方法 71

3.5稳态误差分析及计算 72

3.5.1误差及稳态误差的定义 72

3.5.2给定输入作用下的稳态误差计算 73

3.5.3扰动作用下的稳态误差计算 77

3.5.4给定输入、扰动共同作用下的稳态误差计算 78

3.5.5减小稳态误差的方法及复合控制 81

习题 83

第4章 控制系统的根轨迹法 86

4.1根轨迹的基本概念 87

4.1.1系统的根轨迹 87

4.1.2根轨迹的幅值条件和相角条件 88

4.2绘制根轨迹的基本规则 89

4.2.1基本规则 89

4.2.2根轨迹绘制举例 95

4.3参量根轨迹及系统性能的根轨迹分析 100

4.3.1参量根轨迹 100

4.3.2系统性能的根轨迹分析 101

习题 104

第5章 控制系统的频域分析法 106

5.1频率特性的基本知识 107

5.1.1频率特性的物理概念 107

5.1.2频率特性的定义 107

5.2频率特性的图示 110

5.2.1奈奎斯特图 110

5.2.2伯德图 111

5.2.3尼柯尔斯图 112

5.3典型环节的频率特性 112

5.3.1比例环节的频率特性 113

5.3.2积分环节的频率特性 114

5.3.3惯性环节的频率特性 115

5.3.4振荡环节的频率特性 117

5.3.5微分环节的频率特性 119

5.3.6延迟环节的频率特性 120

5.4开环系统频率特性图绘制 122

5.4.1开环系统伯德图的绘制 122

5.4.2最小相位系统和非最小相位系统 126

5.5频率域稳定性分析 127

5.5.1奈奎斯特稳定性判据 128

5.5.2控制系统的稳定裕量 138

5.6开环频域指标与时域指标之间的关系 141

5.6.1控制系统的主要性能指标 141

5.6.2开环频域指标与时域指标之间的关系 141

5.7 MATLAB频域分析 145

5.7.1线性系统的频域分析 145

5.7.2频域分析性能指标 146

习题 150

第6章 控制系统的分析与校正 152

6.1控制系统校正 153

6.1.1校正的基本概念 153

6.1.2校正的基本方式 153

6.1.3系统校正的方法 153

6.2串联超前校正 154

6.2.1相位超前校正装置 154

6.2.2相位超前校正装置的作用 156

6.2.3校正方法 158

6.3串联滞后校正 159

6.3.1相位滞后校正装置 159

6.3.2相位滞后校正装置的作用 161

6.3.3校正方法 162

6.4串联滞后-超前校正 163

6.4.1相位滞后-超前校正装置 163

6.4.2相位滞后-超前校正装置的作用 164

6.4.3校正方法 165

6.5 PID校正 166

6.5.1比例积分（PI）控制器 167

6.5.2比例微分（PD）控制器 168

6.5.3 比例积分微分（PID）控制器 169

习题 169

第7章 离散控制系统 170

7.1引言 171

7.2采样系统 171

7.3 Z变换 173

7.3.1 Z变换 173

7.3.2 Z变换的基本定理 174

7.3.3 Z反变换 176

7.4脉冲传递函数 179

7.4.1脉冲传递函数定义 179

7.4.2串联环节的脉冲传递函数 180

7.5线性离散系统的脉冲传递函数 182

7.6线性离散系统的稳定性 185

7.6.1 S平面到Z平面的映射关系 185

7.6.2线性离散系统稳定的充要条件 186

7.6.3劳斯稳定判据 187

7.7线性离散系统的时域分析 188

7.7.1极点在Z平面的分布与瞬态响应 188

7.7.2线性离散系统的时间响应 190

7.7.3线性离散系统的稳态误差 191

习题 192

第8章MATLAB语言及其仿真实验 195

8.1 MATLAB语言简介 196

8.1.1 MATLAB的应用基础 196

8.1.2 MATLAB函数 197

8.1.3绘制响应曲线 198

8.1.4 MATLAB语言的联机帮助功能 200

8.2 MATLAB语言基础实验 200

实验一MATLAB语言平台 200

实验二MATLAB数值运算 203

实验三MATLAB绘图 207

实验四MATLAB句柄绘图 211

8.3控制理论仿真实验 213

实验五 控制系统的建模 213

实验六 控制系统的稳定性分析实验 218

实验七 控制系统的时域分析实验 220

实验八 控制系统的根轨迹分析 221

实验九 控制系统的频域分析 221

实验十S函数的编写及应用 222

习题 227

附录A常用函数的拉普拉斯变换对照表 229

附录B常用函数的Z变换表 230

附录C控制系统中英文对照表 231

附录D控制系统MATLAB常用函数 236

参考文献 244