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第1章 绪论 1

1.1概述和基本概念 1

1.1.1概述 1

1.1.2基本概念 1

1.2控制系统的工作原理及组成元件 2

1.2.1控制系统的实例 2

1.2.2反馈控制系统的构成 3

1.3控制系统的基本类型 5

1.3.1按系统的输入量特征分类 5

1.3.2按系统的性能分类 6

1.4对控制系统的基本要求、研究内容 7

1.4.1基本要求 7

1.4.2研究内容 7

第2章 拉普拉斯变换 10

2.1拉普拉斯变换定义及典型函数拉普拉斯变换 10

2.1.1拉普拉斯变换的定义 10

2.1.2典型函数的拉普拉斯变换 10

2.2拉普拉斯变换定理 14

2.2.1实微分定理 14

2.2.2终值定理 15

2.2.3初值定理 15

2.2.4实积分定理 16

2.2.5复微分定理 16

2.2.6延时定理 16

2.2.7位移定理 17

2.2.8卷积定理 17

2.3拉普拉斯反变换 18

2.3.1概述 18

2.3.2部分分式展开 19

2.3.3含有多重极点的F（s）的部分分式展开 20

2.3.4用MATLAB进行部分分式展开 22

第3章 控制系统的数学模型 25

3.1数学模型 25

3.1.1引言 25

3.1.2数学模型的性质 25

3.1.3建模的方法和步骤 26

3.1.4非线性微分方程的线性化 26

3.2传递函数 28

3.2.1传递函数的定义 28

3.2.2传递函数的特点 29

3.2.3典型环节的传递函数及实例 29

3.3方块图 35

3.3.1闭环系统的方块图及组成 35

3.3.2开环传递函数和前向传递函数 36

3.3.3闭环传递函数 36

3.3.4扰动作用下的闭环系统 37

3.3.5绘制方块图的步骤 38

3.3.6方块图的简化 39

3.3.7实例 41

3.4典型物理系统的运动方程和传递函数 46

3.4.1机械系统 46

3.5.2电气系统 49

3.5.3液压系统 52

3.5.4液位系统 54

第4章 时域响应 59

4.1引言 59

4.2一阶系统的时域响应 59

4.2.1一阶系统的单位阶跃响应 60

4.2.2一阶系统的单位斜坡响应 61

4.2.3一阶系统的单位脉冲响应 62

4.2.4响应之间的关系 62

4.3二阶系统的时域响应 62

4.3.1引言 62

4.3.2二阶系统的单位阶跃响应 63

4.3.3二阶系统的瞬态响应性能指标 65

4.3.4二阶系统计算实例 69

4.3.5二阶欠阻尼系统的非零初始条件下的响应 72

4.3.6二阶欠阻尼系统的单位脉冲响应 73

4.3.7二阶欠阻尼系统的单位斜坡响应 74

4.4高阶系统的时域响应分析 75

4.4.1高阶系统的数学模型 75

4.4.2高阶系统的单位阶跃响应 75

4.4.3控制系统时域响应的MATLAB计算 77

4.5线性控制系统的稳定性 78

4.5.1概述 78

4.5.2稳定的概念 79

4.5.3系统的稳定条件 80

4.6劳斯—胡尔维茨稳定判据 82

4.6.1劳斯稳定判据 82

4.6.2应用劳斯判据时的特殊情况 85

4.6.3胡尔维茨判据 87

第5章 误差分析 90

5.1概念和术语 90

5.1.1系统的型和阶 90

5.1.2开环增益和误差系数 90

5.2偏差和误差概念及稳态误差理论 91

5.2.1误差的定义 91

5.2.2稳态误差计算理论 92

5.2.3扰动作用下的稳态误差计算理论 92

5.2.4系统稳态误差计算 93

5.2.5稳态误差计算实例 96

5.3动态误差系数 98

第6章 频率响应分析 101

6.1概述 101

6.2频率特性 101

6.2.1线性定常系统对正弦输入信号的稳态响应 101

6.2.2频率特性的定义 103

6.2.3频率特性的确定方法 104

6.2.4频率特性的表示方法 105

6.3系统的极坐标图 107

6.3.1典型环节的极坐标图 107

6.3.2开环系统的极坐标图——极坐标图的一般形式 110

6.3.3用MATLAB作极坐标图 112

6.4系统的对数坐标图 113

6.4.1引言 113

6.4.2典型环节的伯德图 114

6.5系统开环的伯德图 119

6.5.1系统开环伯德图绘制方法和步骤 119

6.5.2最小相位系统和非最小相位系统 121

6.5.3用MATLAB绘制伯德图 123

6.6奈奎斯特稳定判据 124

6.6.1理论关键点 125

6.6.2奈奎斯特稳定判据的数学基础 126

6.6.3映射定理在闭环系统稳定性分析中的应用 128

6.6.4奈奎斯特稳定性判据 129

6.6.5奈奎斯特稳定判据实例 131

6.6.6复杂奈奎斯特图的稳定判据 134

6.6.7基于逆极坐标的奈奎斯特稳定判据 135

6.6.8伯德图上的奈奎斯特稳定判据 136

6.7相对稳定性分析 138

6.7.1系统的相对稳定性 138

6.7.2相位裕量和增益裕量 139

6.7.3补加说明及应用实例 141

6.8闭环系统的频率特性 144

6.8.1单位反馈系统的闭环频率响应 144

6.8.2等幅值轨迹（M圆） 145

6.8.3等相角轨迹（N圆） 145

6.8.4等M圆和等N圆的应用 147

6.8.5尼柯尔斯曲线 147

6.8.6非单位反馈系统的闭环频率响应 149

6.9频域指标与时域指标的关系 149

6.9.1控制系统的性能指标 149

6.9.2伯德图的形状对系统性能指标的影响 151

第7章 控制系统设计与校正 155

7.1概述 155

7.1.1设计与校正的概念 155

7.1.2性能指标 156

7.1.3校正方法 157

7.1.4校正方式 158

7.2串联校正装置的结构和特性 159

7.2.1超前校正装置 159

7.2.2滞后校正装置 161

7.2.3滞后—超前校正装置 162

7.3基于频率响应法的串联校正设计 164

7.3.1引言 164

7.3.2串联超前校正 166

7.3.3串联滞后校正 168

7.3.4串联滞后—超前校正 171

7.3.5三种校正装置的比较 173

7.4反馈校正和复合校正 173

7.4.1反馈校正 173

7.4.2反馈校正设计 176

7.4.3复合校正 178

7.5 PID控制器及串联校正 180

7.5.1引言 180

7.5.2 PID有源校正装置 180

7.5.3基于PID串联的设计方法 183

附录 常用函数的拉普拉斯变换和Z变换表 188

参考文献 191