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第1章 自动控制的基本概念 1

1.1自动控制系统 2

1.2自动控制系统的类型 5

1.2.1开环、闭环与复合控制系统 5

1.2.2线性系统与非线性系统 7

1.2.3连续系统与离散系统 7

1.2.4定常系统与时变系统 8

1.2.5 SISO系统和MIMO系统 9

1.2.6集中参数系统与分布参数系统 9

1.3控制系统性能的基本要求 9

1.3.1稳定性 9

1.3.2暂态性能 10

1.3.3稳态性能 10

1.4本书内容的安排 10

本章小结 11

习题与应用题 11

读一读 14

第2章 连续系统的数学模型 15

2.1系统数学模型的概念 16

2.1.1数学模型的定义与主要类型 16

2.1.2建立数学模型的方法 16

2.2微分方程描述 17

2.3传递函数 21

2.3.1传递函数与脉冲响应函数的定义 22

2.3.2传递函数的表达式 23

2.3.3线性系统的基本环节 24

2.4结构图 27

2.4.1结构图的基本组成 27

2.4.2结构图的变换法则 29

2.4.3结构图的简化 29

2.4.4反馈控制系统的传递函数 34

2.5信号流图 36

2.5.1信号流图的定义及基本性质 36

2.5.2信号流图的构造 37

2.5.3信号流图的变换法则与简化 40

2.5.4梅森增益公式 42

2.6系统数学模型的MATLAB表示 45

2.6.1传递函数的MATLAB表示 45

2.6.2结构图的MATLAB表示 47

本章小结 47

习题与应用题 48

读一读 56

第3章 时域分析法 57

3.1稳定性分析 58

3.1.1稳定性的概念 58

3.1.2系统稳定的条件 58

3.1.3劳斯判据 60

3.1.4赫尔维茨判据 64

3.2暂态性能分析 66

3.2.1典型输入信号 66

3.2.2暂态性能指标 68

3.2.3一阶系统的暂态性能分析 69

3.2.4典型二阶系统的暂态性能分析 71

3.2.5高阶系统暂态性能近似分析 78

3.3稳态性能分析 84

3.3.1控制系统误差与稳态误差的定义 85

3.3.2控制系统型号或无差度的定义 86

3.3.3终值定理法 87

3.3.4误差系数法 90

3.3.5扰动作用下的稳态误差分析 92

3.3.6复合控制系统及误差分析 95

3.4 MATLAB辅助分析控制系统时域性能 98

3.4.1 MATLAB辅助控制系统稳定性分析 98

3.4.2 MATLAB求控制系统的单位阶跃响应 99

本章小结 100

习题与应用题 101

读一读 109

第4章 根轨迹法 111

4.1根轨迹的基本概念 112

4.2根轨迹的绘制 113

4.3零度根轨迹的绘制 116

4.4广义根轨迹的绘制 118

4.5控制系统的根轨迹分析法 119

4.6用MATLAB绘制根轨迹 120

本章小结 121

习题与应用题 122

读一读 123

第5章 频率法 125

5.1频率特性 126

5.1.1频率特性的定义 126

5.1.2频率响应 127

5.1.3频率特性的几何表示 129

5.2典型环节频率特性的伯德图 131

5.3控制系统开环频率特性的伯德图 136

5.4由伯德图确定传递函数 141

5.4.1最小和非最小相位系统的概念 141

5.4.2由伯德图确定传递函数 142

5.4.3频率特性的实验确定法 143

5.5奈奎斯特判据 145

5.5.1辐角原理 145

5.5.2奈奎斯特判据 146

5.5.3举例 149

5.6控制系统相对稳定性分析 154

5.7 MATLAB在频率法中的应用 158

5.7.1用MATLAB绘制奈氏图 158

5.7.2用MATLAB绘制伯德图 159

5.7.3用MATLAB分析相对稳定性 159

本章小结 160

习题与应用题 161

读一读 167

第6章 线性系统的校正方法 169

6.1控制系统校正的概念 170

6.1.1控制系统的设计步骤 170

6.1.2校正的概念与校正方案 171

6.1.3校正方法 174

6.2超前校正 175

6.2.1超前校正及其特性 175

6.2.2用频域法确定超前校正参数 177

6.2.3超前校正装置 180

6.3滞后校正 183

6.3.1滞后校正及其特性 183

6.3.2用频域法确定滞后校正参数 184

6.3.3滞后校正装置 188

6.4滞后-超前校正 189

6.4.1滞后-超前校正网络 189

6.4.2用频域法确定滞后-超前校正参数 191

6.5串联校正的综合法 193

6.5.1综合法的基本方法 193

6.5.2按最佳二阶系统校正 194

6.5.3按典型三阶系统校正 196

6.6 Simulink在控制系统仿真中的应用 198

本章小结 199

习题与应用题 200

第7章 离散系统控制理论 203

7.1信号的采样与保持 204

7.1.1信号的采样 204

7.1.2采样信号的保持 209

7.2差分方程 213

7.2.1差分方程的概念 213

7.2.2微分方程描述的差分化 214

7.2.3差分方程的递推解法 219

7.2.4差分方程的经典解法 220

7.3z变换 223

7.3.1z变换的定义 223

7.3.2z变换的基本定理 226

7.3.3z变换的基本方法 231

7.3.4z逆变换 235

7.3.5差分方程的z变换解法 240

7.4z传递函数 243

7.4.1z传递函数的概念 243

7.4.2开环z传递函数 245

7.4.3闭环z传递函数 247

7.4.4带有扰动的系统输出z变换式 249

7.5线性离散系统的稳定性分析 250

7.5.1朱利判据 250

7.5.2舒尔-科恩判据 252

7.5.3修正劳斯判据 253

7.6线性离散系统的暂态性能分析 254

7.6.1离散系统的暂态性能指标 254

7.6.2离散系统极点分布与动态响应的关系 256

7.6.3离散系统暂态性能指标的计算公式 258

7.7线性离散系统的稳态误差分析 263

7.8线性离散系统设计方法 265

7.8.1数字PID控制 265

7.8.2数字控制器的z传递函数 266

7.8.3最少拍离散控制系统设计方法 267

7.9 MATLAB在离散系统分析中的应用 272

本章小结 273

习题与应用题 275

读一读 279

第8章 非线性控制系统分析 281

8.1典型非线性特性 282

8.1.1饱和特性 282

8.1.2死区特性 283

8.1.3间隙特性 283

8.1.4继电器特性 284

8.2描述函数法 286

8.2.1描述函数法的基本思想与条件 286

8.2.2描述函数 287

8.2.3典型非线性特性的描述函数 290

8.2.4用描述函数法分析非线性系统的自激振荡 297

8.3相平面法 302

8.3.1相平面 303

8.3.2相轨迹的绘制方法 305

8.3.3奇点 309

8.3.4极限环 314

8.3.5非线性系统相平面分区线性化方法 317

8.4 MATLAB在非线性系统分析中的应用 320

本章小结 320

习题与应用题 321

附录1 常用拉普拉斯变换和z变换表 325

附录2 扩展阅读——控制系统的状态空间分析 329

习题与应用题部分参考答案 330

参考文献 340