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目录 1

第一章 自动控制的一般概念 1

§1—1 自动控制与自动控制系统 1

§1—2 自动控制系统的基本结构 5

一、闭环控制系统与开环控制系统 5

二、闭环控制系统的基本结构 6

§1—3 自动控制原理课程的基本内容 7

一、对控制系统基本性能的要求 7

二、系统结构参数对性能的影响 9

小结 13

三、系统分析和设计的数学方法 13

习题 15

第二章　线性系统的数学模型 17

§2—1　系统运动方程式的建立 17

§2—2　线性化 19

§2—3　拉普拉斯变换 21

一、定义 21

二、拉氏变换的性质 22

三、拉氏反变换 26

四、线性常微分方程的拉氏变换解法 28

§2—4　传递函数 29

一、线性系统运动方程式的求解 29

二、传递函数 30

§2—5　线性系统的典型环节 33

一、惯性环节 34

二、比例环节 34

三、积分环节 35

四、微分环节和比例微分环节 37

五、振荡环节 38

六、延迟环节 39

§2—6　结构方块图及其变换和化简 40

一、结构方块图 40

二、结构图的等效变换 44

三、闭环系统的传递函数 51

§2—7 信号流图与梅逊公式 53

一、信号流图 53

二、信号流图的等效变换 54

三、梅逊公式 55

小结 58

习题 61

第三章　系统的时域分析 64

§3—1 系统的性能指标和典型输入信号 64

一、典型输入信号 64

二、系统的时域性能指标 66

一、阶跃响应 67

§3—2　一阶系统的时域分析 67

二、斜坡响应 68

三、脉冲响应 69

§3—3　二阶系统的时域分析 70

一、二阶系统的阶跃响应 71

二、参数ζ、ωπ对系统暂态响应的影响 72

三、二阶系统的性能指标 75

四、二阶系统的脉冲响应和斜坡响应 79

五、系统传递函数的零点对性能的影响 79

六、二阶系统的比例微分控制 81

七、微分负反馈的应用 82

§3—4　高阶系统的时间响应 85

一、高阶系统的单位阶跃响应 86

二、主导极点 86

§3—5　稳定性分析 88

一、稳定性的概念 88

二、线性系统的稳定条件 88

三、线性系统稳定性的判定方法—劳斯判据 89

§3—6　稳态误差 93

一、输入作用时的稳态误差 94

二、扰动作用引起的稳态误差 98

三、提高控制系统稳态精度的方法 100

§3—7　非线性因素对系统性能的影响 105

一、饱和特性 106

二、不灵敏区特性 107

三、间隙特性 108

四、摩擦特性 108

小结 109

习题 113

第四章　根轨迹法 116

§4—1　根轨迹的一般概念 116

一、根轨迹与根轨迹分析法 116

二、根轨迹方程 118

四、幅角条件和模值条件的应用 119

三、根轨迹的幅角条件和模值条件 119

§4—2　根轨迹的绘图规则 120

一、绘图规则 121

二、根轨迹绘图规则小结与例题 129

§4—3　系统极点和零点的确定 133

一、K＊与系统极点的关系 133

二、系统零点的确定 135

§4—4　广义根轨迹 135

一、广义根轨迹的概念 135

二、广义根轨迹的作图方法 135

三、广义根轨迹绘图举例 136

一、零度根轨迹的基本概念 137

二、零度根轨迹方程的特点以及绘图规则 137

§4—5　零度根轨迹 137

三、绘制零度根轨迹的实例 138

§4—6　增加开环零点、极点对根轨迹及K的影响 139

一、增加开环零点的作用 139

二、增加开环极点对根轨迹的影响 140

三、增加开环零点、极点对系统开环放大倍数的影响 142

一、系统校正的基本概念 143

二、校正方式 143

§4—7　系统的校正 143

三、校正装置及其传递函数 144

§4—8　系统的根轨迹法校正 147

一、根轨迹法的串联校正 147

二、串联超前校正 148

三、串联迟后校正 151

四、根轨迹法校正的局限性 152

小结 153

习题 154

第五章　频率特性法 158

§5—1　频率特性及其几何表示法 158

一、频率特性的基本概念 158

二、频率特性的几何表示法 160

§5—2　典型环节的频率特性 161

一、比例环节 162

二、积分环节 162

三、微分环节 163

四、惯性环节 163

五、比例微分环节 166

六、二阶振荡环节 166

七、二阶微分环节 169

八、延迟环节 169

一、开环频率特性的对数坐标图 171

§5—3　系统的开环频率特性 171

二、开环频率特性的极坐标图 174

三、最小相位系统和非最小相位系统 179

§5—4　奈奎斯特稳定判据 181

一、奈奎斯特稳定判据 181

二、对数稳定判据 189

三、稳定裕量 191

四、对数坐标图稳定裕量 193

§5—5　开环对数幅频特性与系统性能的关系 195

一、低频区 195

二、中频区 197

一、等M圆图 198

三、高频区 198

§5—6　闭环频率特性 198

二、等N圆图 200

§5—7　闭环幅频特性与时域性能的关系 201

一、二阶系统幅频特性与时域性能的关系 202

二、高阶系统幅频特性与时域性能的关系 203

§5—8　频率法在系统校正中的应用 204

一、频率法校正的基本概念 204

二、串联校正 204

三、反馈校正 217

小结 220

习题 225

第六章　采样控制系统 230

§6—1　概述 230

一、采样系统举例 230

二、采样系统的典型结构图 231

三、数字控制系统 232

§6—2　信号的采样和复现 232

一、采样过程 232

二、采样定理 234

三、信号的复现与零阶保持器 236

一、Z变换的定义 238

§6—3　Z变换 238

二、Z变换的基本定理 241

三、Z反变换 244

§6—4　采样系统的数学模型 245

一、差分方程 245

二、脉冲传递函数 246

三、环节串联时的脉冲传递函数 248

四、有零阶保持器时的脉冲传递函数 249

五、闭环系统的脉冲传递函数 250

一、采样系统的输出响应 253

§6—5　采样系统分析 253

二、采样系统稳定性的判别方法 257

三、采样系统的稳态误差 260

§6—6　采样系统的校正方法 261

小结 262

习题 264

附录 267

附录1　模拟计算机与数字计算机在控制系统研究中的应用 267

附录2　实验一：系统电子模拟 280

附录3　实验二：频率特性的测试 283

附录4　部分习题答案 285

参考文献 296