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第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2自动控制系统的分类及基本要求 3

1.2.1自动控制系统的分类 3

1.2.2自动控制系统的基本要求 5

1.3反馈控制系统的基本组成 6

1.4机械控制工程的研究对象 8

1.5控制理论的发展 9

1.6课程的主要内容 13

1.7生活中的几个实例 13

小结 16

习题 16

第2章 系统的数学模型 17

2.1系统的微分方程 17

2.1.1线性微分方程 17

2.1.2建立微分方程的步骤和方法 18

2.1.3非线性微分方程的线性化处理 20

2.2拉普拉斯变换与反变换 21

2.2.1拉氏变换的定义 21

2.2.2典型函数的拉氏变换 21

2.2.3拉氏变换的基本定理 23

2.2.4拉氏反变换 26

2.2.5用拉氏变换与反变换求解常系数线性微分方程 29

2.3传递函数 31

2.3.1传递函数的定义 31

2.3.2传递函数的零点与极点 32

2.3.3典型环节的传递函数 33

2.4系统的传递函数方框图及其简化 41

2.5反馈控制系统的传递函数 46

2.6相似原理 49

2.7工程中典型机电液系统传递函数的建立 51

2.8数学模型的Matlab描述 52

习题 61

第3章 系统的时域分析 65

3.1时域响应及典型输入信号 65

3.1.1时域响应 65

3.1.2典型输入信号 66

3.2一阶系统的时域响应 68

3.2.1一阶系统的单位阶跃响应 68

3.2.2一阶系统的单位脉冲响应 69

3.2.3一阶系统的单位斜坡响应 70

3.3二阶系统的时域响应 71

3.3.1典型二阶系统的数学模型 71

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 73

3.3.3二阶系统的单位脉冲响应 75

3.4瞬态响应的性能指标 77

3.5高阶系统的时域响应 83

3.5.1高阶系统的时间响应分析 83

3.5.2高阶系统的简化 84

3.6控制系统的误差分析与计算 85

3.6.1稳态误差的基本概念 85

3.6.2输入引起的稳态误差 86

3.6.3干扰引起的稳态误差 89

3.6.4减少系统误差的途径 92

3.7用Matlab分析时域响应 93

3.8实例分析 98

习题 99

第4章 控制系统的频率特性分析 103

4.1频率特性的基本概念 103

4.1.1频率响应与频率特性 103

4.1.2频率特性的求取方法 106

4.2频率特性的极坐标图 109

4.2.1极坐标图的基本概念 109

4.2.2典型环节的极坐标图 110

4.2.3极坐标图的一般画法 114

4.3频率特性的对数坐标图 119

4.3.1对数坐标图的基本概念 119

4.3.2典型环节的对数坐标图 120

4.3.3对数坐标图的一般画法 126

4.3.4用幅频特性曲线求系统传递函数 130

4.4频率特性的特征量 135

4.5最小相位系统与非最小相位系统 136

4.5.1最小相位系统与非最小相位系统 136

4.5.2产生非最小相位的典型环节 138

4.6用Matlab进行频域分析 138

4.7实例：电液位置伺服控制系统 141

习题 143

第5章 系统的稳定性分析 145

5.1系统稳定性的基本概念及稳定的条件 145

5.1.1系统稳定性的基本概念 145

5.1.2系统稳定的充分必要条件 147

5.2代数稳定性判据 148

5.2.1劳斯稳定性判据 148

5.2.2赫尔维茨稳定性判据 153

5.3 Nyquist（奈奎斯特）稳定性判据 154

5.3.1 Nyquist稳定性判据的数学基础 154

5.3.2 Nyquist稳定性判据 156

5.4 Bode（伯德）稳定性判据 163

5.4.1 Nyquist图和Bode图的对应关系 163

5.4.2穿越的概念 164

5.4.3 Bode判据 165

5.5系统的相对稳定性 167

5.5.1相位裕度 167

5.5.2幅值裕度 168

5.6用Matlab分析系统的稳定性 170

5.7实例：电液位置伺服控制系统稳定性分析 175

习题 176

第6章 系统的性能分析与校正 178

6.1系统的性能指标 178

6.1.1时域性能指标 178

6.1.2频域性能指标 179

6.1.3综合性能指标（误差准则） 180

6.2系统的校正 182

6.3串联校正 183

6.3.1相位超前校正 183

6.3.2相位滞后校正 187

6.3.3滞后-超前校正 191

6.4 PID校正 193

6.4.1 P调节器 194

6.4.2 PD调节器 194

6.4.3 PI调节器 196

6.4.4 PID调节器 197

6.5反馈校正与顺馈校正 198

6.5.1反馈校正 198

6.5.2顺馈校正 201

6.6用Matlab对系统进行校正 202

习题 208

第7章 根轨迹法 210

7.1根轨迹概述 210

7.1.1根轨迹概念 210

7.1.2根轨迹方程、相角条件及幅值条件 212

7.2绘制根轨迹的基本规则 215

7.3广义根轨迹 224

7.3.1参数根轨迹 224

7.3.2零度根轨迹 226

7.3.3滞后系统的根轨迹 228

7.4根轨迹分析法 230

7.4.1主导极点与偶极子 230

7.4.2系统性能的定性分析 232

习题 233

参考文献 236