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上册 2

上篇 基本认识 2

第1章 对信号的基本认识 2

章节知识框架 2

教学目的与要求 2

导入案例 3

1.1信号的描述与分类 3

1.1.1什么是信号 3

1.1.2信号的分类 4

1.2信号的基本特性与运算 8

1.2.1信号的基本特性 8

1.2.2信号的基本运算 8

1.2.3信号的分解与合成 13

1.3奇异信号 15

1.3.1连续时间阶跃信号 15

1.3.2连续时间冲激（脉冲）信号 17

1.3.3关于广义函数 18

1.3.4阶跃序列和脉冲序列 19

1.4正弦信号 20

本章小结 21

习题1. 22

第2章 对系统的基本认识 24

章节知识框架 24

教学目的与要求 24

导入案例 25

2.1什么是系统 25

2.1.1系统及其基本问题 25

2.1.2系统的模型与表示 25

2.2系统的特性与分类 26

2.2.1系统的特性 26

2.2.2系统的分类 28

2.3系统的校正 30

2.3.1系统的校正及其作用 31

2.3.2系统校正的基本方法 32

本章小结 32

习题2 33

第3章 对控制的基本认识 36

章节知识框架 36

教学目的与要求 36

导入案例 37

3.1控制的主要目的 37

3.2控制的基本方式 38

3.2.1开环控制 38

3.2.2闭环控制 40

3.3控制的基本要求 42

3.3.1典型输入信号与典型初始状态 42

3.3.2控制的基本要求 43

本章小结 45

习题3 46

第4章 系统数学模型的建立 48

章节知识框架 48

教学目的与要求 49

导入案例 49

4.1由系统原理图画功能图 49

4.2建立系统微分方程的一般方法 50

4.2.1基本方法 51

4.2.2动态结构图的等效变换 63

4.2.3信号流图与Mason公式 69

4.3系统的传递函数（系统函数） 73

4.3.1系统的开环传递函数 73

4.3.2系统的闭环传递函数 73

4.3.3系统的误差传递函数 74

4.4系统数学模型的试验测定 75

4.4.1试验测定数学模型的主要方法 75

4.4.2时域测定法 76

4.5系统的模拟 80

4.5.1连续系统的模拟 80

4.5.2离散系统的模拟 83

本章小结 84

习题4. 84

中篇 经典分析方法 90

第5章 信号与系统控制的时域分析法 90

章节知识框架 90

教学目的与要求 90

导入案例 91

5.1时域分析法及其特点 91

5.1.1什么是时域分析法（时域指标） 91

5.1.2时域分析法的主要特点 93

5.2系统时域解的结构 93

5.2.1自由响应与强迫响应 93

5.2.2零输入响应与零状态响应 94

5.2.3瞬态响应与稳态响应 96

5.3连续信号与系统控制的时域分析 96

5.3.1连续时间信号的时域分析 96

5.3.2用卷积积分法求零状态响应 105

5.3.3一、二阶系统的时域分析 114

5.3.4高阶系统的时域分析 124

5.3.5连续系统的稳定性分析 126

5.3.6连续系统的稳态误差分析 133

5.4离散信号与系统的时域分析 143

5.4.1离散时间基本信号 143

5.4.2离散时间系统的差分方程及其求解 159

5.4.3用卷积和求零状态响应 161

本章小结 163

习题5 164

第6章 信号与系统控制的频域分析法 172

章节知识框架 172

教学目的与要求 172

导入案例 173

6.1频域分析法及其特点 173

6.1.1什么是频域分析法 173

6.1.2频域分析法的特点 174

6.2连续信号与系统控制的频域分析 174

6.2.1信号的正交分解 174

6.2.2周期信号的傅里叶级数 176

6.2.3周期信号的频谱 182

6.2.4非周期信号的傅里叶变换 187

6.2.5傅里叶变换的性质 194

6.2.6周期信号的傅里叶变换 201

6.2.7抽样定理 203

6.2.8连续系统的频域分析 210

6.2.9连续系统的频率特性与实验测定 219

6.2.10 Nyquist稳定判据与对数频率稳定判据 243

6.2.11系统Bode图的三频段分析与闭环特性 254

6.2.12系统频域指标与时域指标之间的关系 262

6.3离散信号与系统控制的频域分析 264

6.3.1周期信号的离散时间傅里叶级数（DTFS） 265

6.3.2非周期信号的离散时间傅里叶变换（DTFT） 269

6.3.3周期序列的离散时间傅里叶变换 276

6.3.4离散时间傅里叶变换的性质 278

6.3.5离散傅里叶变换（DFT） 285

6.3.6快速傅里叶变换（FFT）简介 293

6.3.7离散系统的频域分析 295

本章小结 302

习题6 304

第7章 信号与系统控制的复频域分析法 318

章节知识框架 318

教学目的与要求 318

导入案例 319

7.1复频域分析法及其特点 319

7.1.1什么是复频域分析法 319

7.1.2复频域分析法的主要特点 320

7.2连续信号与系统的复频域分析 320

7.2.1拉普拉斯变换 320

7.2.2用拉普拉斯变换法求解微分方程 332

7.2.3 RLC系统的复频域分析 335

7.2.4闭环系统的根轨迹 339

7.2.5利用根轨迹分析系统的性能 353

7.3离散信号与系统控制的复频域分析 361

7.3.1 Z变换 361

7.3.2用Z变换解差分方程 384

7.3.3信号的采样与恢复 389

7.3.4离散系统的脉冲传递函数 392

7.3.5离散系统的表示和模拟 399

7.3.6离散系统的频率响应 405

7.3.7离散系统的性能分析 409

本章小结 422

习题7 425

1～7章部分习题参考答案 437

下册 457

第8章 系统的校正与设计 457

章节知识框架 457

教学目的与要求 457

导入案例 458

8.1系统校正与设计概述 458

8.1.1系统校正与设计的基本步骤 458

8.1.2系统校正与设计的性能指标 459

8.1.3系统校正的方式、方法和控制规律 460

8.2常用校正装置及其特性 463

8.2.1无源校正装置 463

8.2.2有源校正装置 467

8.3串联校正装置的频域设计 468

8.3.1超前校正的设计 469

8.3.2滞后校正的设计 470

8.3.3滞后一超前校正的设计 472

8.4反馈校正 474

8.4.1反馈校正的主要作用 474

8.4.2反馈校正设计举例 477

8.5复合校正 478

8.5.1按输入补偿的复合校正 479

8.5.2按干扰补偿的复合校正 481

8.6根轨迹法在系统校正中的应用 482

8.6.1用根轨迹法设计超前校正 482

8.6.2用根轨迹法设计滞后校正 484

8.7 MATLAB在系统校正设计中的应用 487

8.7.1 MATLAB概述 487

8.7.2 MATLAB相关函数介绍 487

8.7.3 MATLAB在根轨迹校正设计中的应用 489

8.7.4 MATLAB在频率响应校正设计中的应用 492

本章小结 496

习题8. 498

第9章 非线性控制系统的分析 500

章节知识框架 500

教学目的与要求 500

导入案例 501

9.1典型非线性特性及其对系统性能的影响 501

9.2非线性控制系统的分析方法 504

9.2.1相平面法 505

9.2.2非线性控制系统的相平面分析 512

9.2.3描述函数法 517

9.2.4用描述函数法分析非线性系统 523

本章小结 528

习题9. 530

下篇 现代分析方法 534

第10章 状态空间分析法 534

章节知识框架 534

教学目的与要求 535

导入案例 535

10.1系统的状态空间描述 535

10.1.1系统的状态空间表达式 535

10.1.2状态空间表达式的建立 538

10.2系统状态方程的求解 553

10.2.1连续时间系统状态方程的求解 553

10.2.2离散时间系统状态方程的求解 563

10.2.3线性连续时间系统的离散化 567

10.2.4基于MATLAB环境下的控制系统仿真 569

10.3线性控制系统的能控性和能观性 571

10.3.1能控性及其判定 571

10.3.2能观性及其判定 575

10.3.3能控性与能观性的对偶关系 578

10.3.4能控标准型与能观标准型 579

10.3.5线性系统的结构分解 585

10.3.6能控性和能观性与传递函数矩阵之间的关系 594

10.3.7传递函数矩阵的实现 596

10.3.8 MATLAB环境下的能控性与能观性分析 604

10.4稳定性与李亚普诺夫方法 605

10.4.1李亚普诺夫稳定性定义 606

10.4.2李亚普诺夫第一法 609

10.4.3李亚普诺夫第二法 611

10.4.4线性系统李亚普诺夫稳定性分析 617

10.4.5非线性系统李亚普诺夫稳定性分析 621

10.5线性定常系统的综合 629

10.5.1反馈控制系统的基本结构及其特性 629

10.5.2闭环系统的极点配置 631

10.5.3状态观测器及其实现 646

10.5.4带观测器的状态反馈系统 656

本章小结 660

习题10 661

第11章 最优控制 668

章节知识框架 668

教学目的与要求 668

导入案例 668

11.1概述 669

11.2最优控制的变分法 670

11.2.1泛函的定义 670

11.2.2泛函极值的定义 670

11.2.3泛函的变分 671

11.2.4泛函的极值 671

11.2.5端点固定时的Euler方程 671

11.2.6矢量情况 673

11.2.7连续系统最优控制 673

11.3有约束最优控制的极小值原理 674

11.4动态规划 676

11.5线性二次型最优控制 679

11.5.1有限时间状态调节器问题 679

11.5.2无限时间输出调节器问题 680

11.5.3线性定常调节器问题 681

11.6应用MATLAB解线性二次型最优控制问题 682

本章小结 686

习题11 687

8～11章部分习题参考答案 688

参考文献 694