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目录 1

序 1

前言 1

第1章 绪论 1

知识点 1

1.1 引言 1

1.1.1 自动控制技术及应用 1

1.1.2 自动控制理论的发展 2

1.2 自动控制技术中的基本控制方式 3

1.2.1 开环控制 3

1.2.2 闭环控制 4

1.2.3 其他控制方式 7

1.3 自动控制系统的组成 9

1.3.1 自动控制系统基本职能元件 9

8.4.2 基础部分 2 10

1.3.2 自动控制的基本术语 10

1.3.3 方框图的建立 11

1.4.2 按系统特性分类 12

1.4 自动控制系统的分类 12

1.4.1 按给定值分类 12

1.4.3 按系统信号形式分类 13

1.5 自动控制系统的基本要求 14

1.5.1 稳定性 14

1.5.2 快速性 14

1.5.3 准确性 14

1.7.2 基础部分 15

1.7 本章要点及习题 15

1.7.1 本章要点 15

1.6 本课程的性质和任务 15

1.7.3 提高部分 16

第2章 控制系统的数学模型 17

知识点 17

2.1 微分方程 17

2.1.1 系统微分方程的建立 17

2.1.2 建立微分方程的步骤 22

2.2 Laplace变换基础 22

2.2.1 拉氏变换的概念 22

2.2.2 常用函数的拉氏变换 23

2.2.3 拉氏变换的基本定理 23

2.3 传递函数 24

2.3.1 传递函数的定义 24

2.3.2 传递函数的性质 25

2.4 典型环节及传递函数 25

2.4.1 比例环节 26

2.4.2 积分环节 26

2.4.3 惯性环节 27

2.4.4 理想微分环节 28

2.4.5 比例微分环节 28

2.4.6 振荡环节 29

2.4.7 延迟环节 30

2.5 动态结构图 31

2.5.1 动态结构图的组成 31

2.5.2 动态结构图的建立 32

2.6 动态结构图的等效变换 34

2.6.1 动态结构图的等效变换法则 34

2.6.2 动态结构图的等效变换举例 36

2.7 自动控制系统的传递函数 38

2.7.1 闭环控制系统的开环传递函数 38

2.7.2 闭环传递函数 39

2.8.1 本章要点 40

2.8 本章要点及习题 40

2.8.2 基础部分 41

2.8.3 提高部分 42

第3章 时域分析法 44

知识点 44

3.1 典型输入信号 44

3.1.1 阶跃函数 44

3.1.2 斜坡函数 45

3.1.3 抛物线函数 45

3.1.4 脉冲函数 46

3.1.5 正弦函数 46

3.2 阶跃响应的性能指标 47

3.2.1 上升时间 47

3.2.2 延迟时间 48

3.2.3 超调量 48

3.2.4 调节时间 48

3.2.5 峰值时间 48

3.3.1 一阶系统的数学模型 49

3.3.2 一阶系统的单位阶跃响应 49

3.2.6 稳态误差 49

3.3 一阶系统的时域分析 49

3.3.3 一阶系统的单位斜坡响应 50

3.3.4 一阶系统的单位脉冲响应 51

3.4.2 二阶系统的工作状态 52

3.4 二阶系统的时域分析 52

3.4.1 二阶系统的数学模型 52

3.4.3 欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应 53

3.4.4 临界阻尼二阶系统的单位阶跃响应 54

3.4.5 典型二阶系统的性能指标 55

3.5 线性定常系统的稳定性 56

3.5.1 稳定性定义 57

3.5.2 稳定的条件 57

3.5.3 稳定的判断依据 59

3.6 稳态误差计算 62

3.6.1 误差和稳态误差 63

3.6.2 稳态误差的计算 64

3.6.3 系统的类型 65

3.7 本章要点及习题 67

3.7.1 本章要点 67

3.7.2 基础部分 67

3.7.3 提高部分 68

第4章 根轨迹分析法 70

知识点 70

4.1 根轨迹的基本概念 70

4.1.1 根轨迹的概念 70

4.1.2 根轨迹与系统性能 71

4.1.3 闭环零、极点与开环零、极点的关系 72

4.1.4 根轨迹方程及绘制条件 72

4.2.1 绘制根轨迹的基本规则 73

4.2 根轨迹绘制的基本规则 73

4.2.2 根轨迹绘制举例 78

4.3.1 参数根轨迹 82

4.3 广义根轨迹 82

4.3.2 零度根轨迹 83

4.4 本章要点及习题 84

4.4.1 本章要点 84

4.4.2 基础部分 85

4.4.3 提高部分 86

5.1 频率特性的基本概念 88

5.1.1 频率特性的定义 88

知识点 88

第5章 频率特性分析法 88

5.1.2 频率特性的表示法 90

5.2 典型环节频率特性 92

5.2.1 比例环节 93

5.2.2 积分环节 94

5.2.3 惯性环节 95

5.2.4 微分环节 96

5.2.5 一阶微分环节 96

5.2.6 二阶微分环节 97

5.2.7 振荡环节 98

5.3 系统开环频率特性的绘制 100

5.3.1 概略开环幅相曲线的绘制 101

5.3.2 开环对数频率特性曲线的绘制 103

5.3.3 根据频率特性确定传递函数 105

5.4 奈奎斯特稳定判断依据 107

5.4.2 奈奎斯特稳定判断依据 107

5.4.1 系统开环特征式和闭环特征式 107

5.5 稳定裕度 109

5.6 三段频与系统的关系 111

5.7 本章要点及习题 112

5.7.1 本章要点 112

5.7.2 基础部分 113

5.7.3 提高部分 114

6.1 校正的基本概念 118

6.1.1 性能指标 118

知识点 118

第6章 自动控制系统的校正 118

6.1.2 系统的校正 119

6.2 工程常用校正控制规律 120

6.2.1 P控制（比例控制） 120

6.2.2 PD控制（比例＋微分） 120

6.2.3 PI控制（比例＋积分） 121

6.2.4 PID控制（比例＋积分＋微分） 121

6.3 基于频率法的串联校正设计 122

6.3.1 基于频率特性的串联超前校正 122

6.3.2 基于频率特性的串联滞后校正 126

6.3.3 基于频率特性的串联滞后-超前校正 129

6.3.4 按期望特性进行串联校正 131

6.4 基于根轨迹法的串联校正设计 133

6.4.1 基于根轨迹的串联超前校正 133

6.4.2 基于根轨迹的串联滞后校正 137

6.4.3 基于根轨迹的滞后-超前校正 140

6.5 应用MATLAB进行校正设计 144

6.6 本章要点及习题 152

6.6.1 本章要点 152

6.6.2 基础部分 152

6.6.3 提高部分 153

第7章 离散控制系统 154

知识点 154

7.1 离散控制系统基本概念 154

7.1.1 采样控制系统 154

7.1.2 数字控制系统 155

7.2 信号的采样与复现 155

7.2.1 香农采样定理 155

7.2.2 零阶保持器的原理 160

7.3 离散控制系统的数学模型 163

7.3.1 差分方程 163

7.3.2 z变换与反z变换 164

7.3.3 脉冲传递函数的定义 168

7.3.4 开环系统的脉冲传递函数 169

7.3.5 闭环系统的脉冲传递函数 172

7.4 离散系统的性能分析 177

7.4.1 离散系统的稳定性分析 177

7.4.2 离散系统稳定性的代数判断依据 180

7.4.3 离散系统的稳态误差 185

7.4.4 离散系统的动态性能 188

7.5 应用MATLAB进行离散系统分析 195

7.6 本章要点及习题 198

7.6.1 本章要点 198

7.6.2 基础部分 199

7.6.3 提高部分 201

第8章 现代控制理论初步 203

知识点 203

8.1 状态空间法的基本概念 203

8.1.1 状态与状态变量 203

8.1.2 状态向量与状态空间 204

8.2 状态空间描述 205

8.2.1 状态变量的选取 205

8.2.2 线性系统的状态空间描述 207

8.3 能控性和能观测性 207

8.3.1 线性系统的能控性 208

8.3.2 线性系统的能控性判断依据 208

8.3.3 线性系统的能观测性 209

8.3.4 线性系统的能观测性判断依据 209

8.4 本章要点及习题 210

8.4.1 本章要点 210

8.4.3 提高部分 211

参考文献 212