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第1章 控制系统的数学模型 1

1.1 控制系统的数学模型 2

1.2 控制系统数学模型之间的变换 6

1.3 控制系统数学模型的组合连接 14

思考题 15

第2章 时域响应法 16

2.1 控制系统时域响应概述 16

2.2 控制系统时域响应的MATLAB实现 17

2.2.1 用MATLAB函数进行暂态响应分析 17

2.2.2 用MATLAB函数进行线性系统稳定性分析 24

2.2.3 系统动态特性分析 28

2.3 控制系统时域响应性能分析（传统实验） 30

2.3.1 典型环节 30

2.3.2 典型二阶系统 36

2.3.3 典型三阶系统 37

2.4 控制系统时域响应的数字仿真 38

思考题 40

第3章 根轨迹法 41

3.1 根轨迹的概念及其绘制方法 41

3.1.1 根轨迹的概念 41

3.1.2 绘制系统根轨迹的基本法则 42

3.1.3 控制系统的根轨迹分析 42

3.2 根轨迹绘制举例 43

3.3 采用MATLAB绘制根轨迹 46

思考题 51

第4章 频率特性法 52

4.1 频率特性及其表示 52

4.1.1 频率特性概念 52

4.1.2 开环频率特性 52

4.1.3 频率分析法 53

4.1.4 开环对数幅频的三频段 53

4.2 典型环节的频率特性 53

4.3 开环频率特性的绘制 54

4.3.1 开环幅相频率特性的绘制（极坐标图） 54

4.3.2 开环对数频率特性（伯德图） 55

4.4 最小相位系统与非最小相位系统 58

4.4.1 最小相位系统定义 58

4.4.2 最小相位系统的特征 59

4.4.3 非最小相位系统的频率特性 59

4.5 基于MATLAB的频域特性分析 59

思考题 64

第5章 控制系统的设计与校正 65

5.1 校正概念及常用校正装置 65

5.1.1 校正的基本概念 65

5.1.2 常用校正装置 66

5.2 常用校正方法 69

5.2.1 频率法校正 69

5.2.2 根轨迹法校正 72

5.3 控制系统校正实验（传统实验） 76

5.3.1 实验目的、内容及步骤 76

5.3.2 实验过程分析 76

5.4 基于MATLAB控制系统设计举例 80

思考题 85

第6章 非线性和采样系统设计 86

6.1 非线性系统及数学模型 86

6.1.1 常用方法 86

6.1.2 典型非线性环节及数学模型 87

6.2 非线性控制系统的建模及设计（传统实验） 89

6.2.1 典型非线性特性的模拟电路 89

6.2.2 实例考察 91

6.2.3 实验要求 95

6.3 基于MATALB的非线性控制系统设计 96

6.4 采样控制系统分析 100

6.4.1 基本概念 100

6.4.2 数学模型 101

6.4.3 差分方程求解 102

6.4.4 脉冲传递函数（z传递函数） 103

6.5 基于MATLAB的采样控制系统设计 107

6.5.1 连续系统的离散化 107

6.5.2 求离散系统的响应 108

思考题 110

第7章 状态变量控制系统 111

7.1 线性定常系统状态方程及其解 111

7.1.1 基本概念 111

7.1.2 MATLAB的应用 112

7.1.3 实验要求 115

7.2 能控性和能观性的判别 116

7.2.1 基本原理 116

7.2.2 MATLAB在能控能观性等方面的应用 121

7.2.3 实验要求 127

7.3 稳定性 128

7.3.1 基本概念 128

7.3.2 MATLAB在李雅普诺夫稳定性上的应用 129

7.3.3 实验要求 132

7.4 极点配置和状态观测器 132

7.4.1 基本要点 132

7.4.2 MATLAB在极点配置和状态观测器设计方面的应用 136

7.4.3 实验要求 140

思考题 141

第8章 控制系统典型案例 142

8.1 位置随动系统 142

8.1.1 系统组成及工作原理 142

8.1.2 数学模型 143

8.1.3 控制系统设计 144

8.2 水箱液位控制系统 148

8.2.1 单容水箱液位控制系统 148

8.2.2 双容水箱液位控制系统 152

8.3 运动控制系统设计 156

8.3.1 单闭环直流调速系统设计 157

8.3.2 双闭环直流调速系统设计 160

第9章 复杂控制典型案例 165

9.1 倒立摆控制系统 165

9.1.1 数学模型的建立 165

9.1.2 倒立摆PID控制 168

9.1.3 倒立摆LQR控制 170

9.2 三自由度直升机 173

9.2.1 数学模型的建立 173

9.2.2 控制器设计 175

9.2.3 仿真实验 176

9.3 四旋翼飞行器 178

9.3.1 模型的力学分析 178

9.3.2 PID控制器设计 181

9.3.3 线性二次最优控制器设计 183

附录A MATLAB基础 185

A.1 MATLAB基础 185

A.2 Simulink基础 198

A.3 计算机仿真基础 201

附录B 传统实验装置功能介绍 210

B.1 实验装置概述 210

B.2 安装指南及系统要求 213

B.3 功能使用说明 214

参考文献 221