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第1章 自动控制系统的一般概念 1

1.1 自动控制系统的发展概述 1

1.2 自动控制系统的基本方式 4

1.2.1 开环控制系统 4

1.2.2 闭环控制系统 5

1.3 自动控制系统的组成和分类 6

1.3.1 自动控制系统的组成 6

1.3.2 自动控制系统的分类 9

1.4 自动控制系统的性能要求 10

1.4.1 稳定性 10

1.4.2 稳态性能指标 11

1.4.3 动态性能指标 11

本章小结 12

习题 13

第2章 自动控制系统的数学模型 15

2.1 控制系统的微分方程 15

2.1.1 系统微分方程的建立 15

2.1.2 建立系统微分方程举例 15

2.1.3 应用拉氏变换求解微分方程 18

2.2 传递函数 19

2.2.1 传递函数的定义 20

2.2.2 传递函数的性质 20

2.2.3 复数阻抗法 21

2.2.4 典型环节的传递函数 23

2.3 系统动态结构图 32

2.4 系统结构图等效变换 33

2.4.1 系统框图的画法 33

2.4.2 框图的等效变换 34

2.4.3 方框图的化简举例 37

2.4.4 梅森（S.J.Mason）公式 39

2.5 反馈控制系统的传递函数 40

2.5.1 闭环控制系统的开环传递函数 40

2.5.2 自动控制系统闭环传递函数的求取 41

2.5.3 闭环系统的误差传递函数 42

2.6 用Matlab求解微分方程和化简系统框图 42

2.6.1 系统传递函数模型在Matlab中的表示 42

2.6.2 结构图模型的简化 44

本章小结 47

习题 49

第3章 自动控制系统的时域分析 52

3.1 时域分析概述 52

3.1.1 时域分析法的特点 52

3.1.2 典型输入信号 52

3.1.3 时域性能指标 53

3.2 一阶系统的动态响应 54

3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应 54

3.2.2 一阶系统的单位斜坡响应 56

3.3 二阶系统的动态响应 56

3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应 57

3.3.2 二阶系统的性能指标 60

3.3.3 改善二阶系统性能的措施 63

3.4 高阶系统的动态响应 64

3.5 系统的稳定性分析 66

3.5.1 系统稳定性的概念 66

3.5.2 系统稳定的充分与必要条件 67

3.5.3 代数稳定性判据 68

3.6 系统的稳态误差分析 75

3.6.1 稳态误差的概念 75

3.6.2 稳态误差的计算 75

3.6.3 改善系统稳态精度的方法 80

3.7 Matlab在时域分析中的应用 81

3.7.1 时域分析曲线的绘制 81

3.7.2 二阶系统性能指标的计算 83

3.7.3 代数稳定判据Matlab的实现 88

本章小结 89

习题 90

第4章 根轨迹分析法 93

4.1 根轨迹的基本概念 93

4.1.1 根轨迹的概念 93

4.1.2 根轨迹方程 94

4.2 绘制根轨迹的基本法则 95

4.2.1 根轨迹的对称性和分支数 96

4.2.2 根轨迹的起点和终点 96

4.2.3 实轴上的根轨迹段 97

4.2.4 根轨迹的渐近线 98

4.2.5 根轨迹的分离点和会合点 99

4.2.6 根轨迹的出射角和入射角 101

4.2.7 根轨迹与虚轴的交点 103

4.2.8 开环极点与闭环极点的关系 104

4.3 广义根轨迹 106

4.3.1 参量根轨迹 106

4.3.2 正反馈系统的根轨迹 107

4.3.3 非最小相位系统的根轨迹 108

4.4 用根轨迹法分析系统的动态特性 109

4.4.1 闭环极点的位置与系统性能的关系 109

4.4.2 增加开环零、极点对根轨迹的影响 111

4.5 用Matlab绘制根轨迹 114

4.5.1 绘制系统的零极点分布图 114

4.5.2 绘制系统的根轨迹 114

4.5.3 根轨迹与系统性能 117

本章小结 118

习题 119

第5章 频域分析法 121

5.1 频率特性的基本概念 121

5.1.1 频率特性的概念 121

5.1.2 频率特性与传递函数的关系 122

5.1.3 频率特性的表示方式 123

5.2 典型环节的频率特性 127

5.2.1 比例环节 127

5.2.2 积分环节 128

5.2.3 微分环节 129

5.2.4 惯性环节 130

5.2.5 比例微分环节 132

5.2.6 振荡环节（二阶环节） 134

5.3 系统开环频率特性的绘制 136

5.3.1 开环幅相频率特性 136

5.3.2 开环对数频率特性 139

5.3.3 根据频率特性确定传递函数 142

5.4 控制系统的稳定判据与稳定裕量 142

5.4.1 奈奎斯特稳定判据 142

5.4.2 寸数频率稳定判据 143

5.4.3 稳定裕量与系统相对稳定性 144

5.5 系统开环频率特性与时域指标间的关系 146

5.5.1 低频段与稳态精度 146

5.5.2 中频段与动态性能 147

5.5.3 高频段与动态性能 148

5.6 系统闭环频率特性与时域指标的关系 149

5.6.1 闭环频率特性与开环频率特性的关系 149

5.6.2 闭环频率特性的频域指标 149

5.6.3 闭环频域指标与时域指标的关系 150

本章小结 151

习题 153

第6章 控制系统的校正与设计 157

6.1 系统校正的基本概念 157

6.1.1 系统校正的概念 157

6.1.2 常见的校正设计方法 157

6.1.3 系统校正的方式 158

6.2 串联校正 159

6.2.1 串联超前校正 159

6.2.2 串联滞后校正 162

6.2.3 串联滞后—超前校正 165

6.2.4 PID调节器 167

6.3 反馈校正 168

6.4 复合校正 170

6.5 常用的工程设计方法 171

6.5.1 几种常见的近似处理 171

6.5.2 二阶工程设计 172

6.5.3 三阶工程设计 173

6.6 用Matlab进行系统校正 174

本章小结 176

习题 176

第7章 非线性系统分析 178

7.1 非线性系统概述 178

7.2 典型非线性特性及其对系统性能的影响 180

7.3 描述函数法 184

7.4 用描述函数法分析非线性控制系统 191

本章小结 195

习题 195

第8章 采样控制系统 199

8.1 采样控制系统的基本概念 199

8.1.1 采样控制系统的基本结构 199

8.1.2 数字控制系统 200

8.2 信号的采样和保持 200

8.2.1 采样过程 200

8.2.2 采样信号的复现 202

8.3 z变换与z反变换 204

8.3.1 变换的定义 204

8.3.2 变换的求法 204

8.3.3 变换的基本定理 206

8.3.4 反变换 208

8.4 线性常系数差分方程及其解法 209

8.5 脉冲传递函数 210

8.5.1 开环离散系统（或环节）的脉冲传递函数 211

8.5.2 闭环采样系统的脉冲传递函数 212

8.6 采样系统的稳定性与稳态误差 215

8.6.1 采样系统的稳定性 215

8.6.2 采样系统的稳定误差 217

本章小结 218

习题 219

第9章 自动控制系统的分析与调试 221

9.1 自动控制系统的分析步骤 221

9.1.1 工作对象对系统的要求 221

9.1.2 系统各单元的工作原理 222

9.1.3 整个系统的工作原理 224

9.2 自动控制系统的调试方法 224

9.2.1 系统调试前的准备工作 224

9.2.2 制定调试大纲的原则 225

9.2.3 系统调试过程 225

9.3 自动控制系统的维护、使用和故障排除 228

9.3.1 系统的维护和使用 228

9.3.2 系统故障的检查与排除 229

本章小结 232

习题 232

附录 常用函数的拉普拉斯变换对照表 233

参考文献 235