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第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2自动控制系统的基本结构 2

1.2.1开环控制系统 2

1.2.2闭环控制系统 4

1.3自动控制系统的分类 5

1.3.1按系统输入信号的变化规律分类 5

1.3.2按系统的响应特性分类 6

1.4控制系统性能的基本要求和典型输入信号 7

1.4.1控制系统性能的基本要求的提法 7

1.4.2典型输入信号 8

1.5基于MATLAB的控制系统分析与设计 10

本章小结 10

习题 10

第2章 控制系统的数学模型 13

2.1控制系统微分方程的建立 13

2.1.1列写系统或元件微分方程的一般方法 13

2.1.2非线性数学模型的线性化 17

2.2控制系统的传递函数 18

2.2.1传递函数的概念 19

2.2.2传递函数的表达式和性质 19

2.2.3传递函数的求法 20

2.2.4典型环节的传递函数 22

2.3控制系统的传递函数方框图与信号流图 26

2.3.1传递函数方框图的建立 26

2.3.2方框图的等效变换规则 29

2.3.3典型闭环系统方框图及其传递函数 36

2.3.4信号流图与梅逊公式 38

2.4数学模型的实验测定法 41

2.5 MATLAB在求解线性微分方程及系统方框图化简中的应用 46

2.5.1 MATLAB在求解线性微分方程中的应用 46

2.5.2 MATLAB在系统方框图化简中的应用 51

本章小结 57

习题 57

第3章 线性定常系统的时域分析 62

3.1时域分析的性能指标 62

3.1.1典型输入信号作用下系统的时域响应 62

3.1.2时域响应的性能指标 63

3.2一阶系统的时域分析 64

3.2.1数学模型 64

3.2.2单位阶跃响应 65

3.2.3时间常数T的求法 65

3.2.4减小时间常数的措施 66

3.3二阶系统的时域分析 67

3.3.1典型的数学模型 67

3.3.2单位阶跃响应 67

3.3.3欠阻尼响应的性能指标 71

3.3.4实际二阶系统 73

3.3.5改善欠阻尼响应性能指标的措施 74

3.4稳定性分析 77

3.4.1稳定的概念和稳定的条件 77

3.4.2劳斯判据 78

3.5稳态性能分析 82

3.5.1误差与稳态误差 83

3.5.2给定输入下的稳态误差essr 84

3.5.3扰动稳态误差essn 86

3.5.4用动态误差系数表示系统的稳态误差 87

3.5.5降低稳态误差的措施 89

3.6 MATLAB在系统时域分析中的应用 90

3.6.1 MATLAB在分析系统稳定性中的应用 90

3.6.2 MATLAB在系统的动态特性分析中的应用 91

3.6.3系统单位阶跃响应的求法 93

本章小结 94

习题 94

第4章 根轨迹法 97

4.1根轨迹的概念与根轨迹方程 97

4.1.1根轨迹 97

4.1.2根轨迹方程 98

4.2绘制根轨迹的基本规则及根轨迹的绘制 99

4.2.1绘制根轨迹的基本规则 99

4.2.2根轨迹的绘制 105

4.3广义根轨迹 109

4.3.1参数根轨迹 109

4.3.2多回路的根轨迹 110

4.3.3正反馈回路的根轨迹 111

4.3.4迟后系统的根轨迹 112

4.4利用根轨迹分析系统的性能 114

4.4.1主导极点的概念 114

4.4.2增加开环零点对根轨迹的影响 115

4.4.3根轨迹增益的确定及系统性能的分析 115

4.5利用MATLAB绘制根轨迹图 117

4.5.1常规根轨迹的绘制 117

4.5.2零度根轨迹的绘制 122

本章小结 123

习题 124

第5章 频域分析法 126

5.1频率特性 126

5.1.1频率特性的概念 126

5.1.2频率特性与传递函数的关系 128

5.1.3频率特性图示方法 129

5.2典型环节的频率特性 131

5.3系统的开环频率特性 137

5.3.1开环幅相频率特性（极坐标图） 138

5.3.2开环对数频率特性（Bode图) 141

5.3.3开环对数幅相频率特性（Nichols图） 145

5.4 Nyquist稳定判据 145

5.4.1数学基础 145

5.4.2 Nyquist稳定判据 147

5.4.3 Nyquist稳定判据在Bode图上的应用 149

5.5系统的相对稳定性 150

5.6系统的闭环频率特性 153

5.7系统频域指标与时域指标的关系 159

5.8频率特性的实验测定法 161

5.9 MATLAB在频域分析中的应用 164

5.9.1应用MATLAB绘制Bode图 165

5.9.2应用MATLAB绘制Nyquist图 167

本章小结 170

习题 171

第6章 控制系统的综合与校正 174

6.1系统校正与综合概述 174

6.1.1控制系统设计的步骤 174

6.1.2性能指标 175

6.1.3校正方式 175

6.1.4校正方法 176

6.2基本控制规律简介 177

6.3常用校正装置及其特性 179

6.3.1无源校正装置 179

6.3.2有源校正装置 184

6.4串联校正装置的频域设计 186

6.4.1串联超前校正装置 186

6.4.2串联滞后校正装置 188

6.4.3串联滞后—超前校正 190

6.5反馈校正 193

6.6根轨迹法在系统校正中的应用 197

6.6.1超前校正 197

6.6.2串联滞后校正 199

6.7 MATLAB在系统校正中的应用 202

本章小结 205

习题 206

第7章 非线性控制系统分析 208

7.1非线性系统的基本概念 208

7.2常见非线性特性及其对系统运动的影响 208

7.2.1饱和特性 209

7.2.2死区特性 209

7.2.3间隙特性 209

7.2.4继电特性 210

7.2.5非线性系统的分析方法 210

7.3相平面法 210

7.3.1相轨迹及其绘制方法 211

7.3.2非线性系统的相平面分析 219

7.4描述函数法 224

7.4.1描述函数的概念 224

7.4.2典型非线性特性的描述函数 225

7.4.3用描述函数分析非线性系统 231

本章小结 234

习题 234

第8章 线性离散系统 236

8.1概述 236

8.1.1离散控制系统的组成 236

8.1.2离散控制系统的特点 237

8.2信号的采样与采样定理 237

8.2.1采样过程 237

8.2.2采样定理 238

8.2.3采样周期的选取 240

8.3信号恢复 240

8.4 Z变换 243

8.4.1 Z变换的定义 243

8.4.2 Z变换的求法 243

8.4.3 Z变换的性质 245

8.4.4 Z反变换 247

8.5离散系统的数学模型 249

8.5.1离散系统的线性差分方程 249

8.5.2脉冲传递函数 250

8.6离散控制系统分析 257

8.6.1线性离散控制系统的稳定性分析 257

8.6.2线性离散控制系统的动态性能分析 262

8.6.3线性离散控制系统的稳态性能分析 265

8.6.4 MATLAB在离散系统中的应用 268

本章小结 272

习题 272

附 录 常用数学工具 275

附1拉普拉斯变换 275

附2 z变换 280

参考文献 283