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第一章 绪论 1

1.1 自动控制和自动控制系统 1

1.2 自动控制系统的工作原理 1

1.2.1 开环控制系统 1

1.2.2 闭环控制系统 2

1.2.3 复合控制系统 4

1.3 闭环控制系统的基本组成 4

1.4 对控制系统的基本要求 5

1.5 自动控制系统的分类 6

1.6 控制系统举例 8

习题 12

第二章 控制系统的数学模型 16

2.1 微分方程的建立及线性化 16

2.1.1 建立系统的微分方程的一般方法 16

2.1.2 非线性微分方程线性化 17

2.2 传递函数 19

2.2.1 传递函数的定义和主要性质 19

2.2.2 典型元件的传递函数 21

2.3 控制系统结构图 30

2.3.1 控制系统结构图的组成 30

2.3.2 绘制系统结构图的一般步骤 30

2.3.3 系统结构图的等效变换和简化 32

2.3.4 用梅逊公式求系统的传递函数 34

2.3.5 闭环控制系统的传递函数 36

2.4 自动控制系统举例 37

2.4.1 位置伺服系统 37

2.4.2 液位控制系统 39

2.4.3 具有电流正反馈的速度调节系统 40

2.4.4 车立倒立摆系统 41

2.4.5 具有位置反馈的液压伺服系统 44

习题 45

3.1.1 典型输入信号 49

3.1 典型输入信号及线性系统的时域性能指标 49

第三章 控制系统的时域分析 49

3.1.2 线性系统的时域性能指标 50

3.2 一阶系统的时域分析 51

3.2.1 一阶系统的数学模型 51

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 52

3.2.3 一阶系统的冲激响应 53

3.2.4 一阶系统的单位速度响应 54

3.2.5 一阶系统的单位加速度响应 54

3.3 二阶系统的时域分析 55

3.3.1 二阶系统的数学模型 55

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 56

3.3.3 二阶系统阶跃响应的性能指标 59

3.3.4 二阶系统性能的改善 61

3.4 高阶系统的时域分析 63

3.4.1 高阶系统的阶跃响应 63

3.4.2 高阶系统的主导极点分析法和偶极子 65

3.5 线性控制系统的稳定性 66

3.5.1 稳定性的概念 66

3.5.2 线性系统稳定的充要条件 67

3.5.3 代数稳定性判据 68

3.6 控制系统的稳态误差 76

3.6.1 控制信号作用下的误差定义 76

3.6.2 给定输入的稳态误差 77

3.6.3 具有前馈通道复合控制系统的无静差度 79

3.6.4 扰动作用下的稳态误差 80

3.6.5 动态误差系数 83

习题 86

第四章 根轨迹法 90

4.1 根轨迹与根轨迹方程 90

4.2 绘制根轨迹的规则 93

4.3 零度根轨迹及其基本法则 106

4.4 参变量根轨迹及多回路根轨迹 110

4.4.1 一个可变参量根轨道的绘制 111

4.4.2 两个可变参量根轨迹的绘制 112

4.4.3 多回路根轨迹 114

4.5 增加开环零、极点对根轨迹的影响 116

4.5.1 增加开环零点对根轨迹的影响 116

4.5.2 增加开环极点对根轨迹的影响 119

4.5.3 增加开环偶极子对根轨迹的影响 119

4.6 用根轨迹分析控制系统 121

习题 127

第五章 频率响应法 131

5.1 频率特性 131

5.2 典型环节的频率特性 133

5.3 典型环节的对数频率特性 141

5.4 对数幅相图 145

5.5 系统开环频率特性的绘制 146

5.5.1 系统开环幅相特性的绘制 146

5.5.2 系统开环对数频率特性的绘制 151

5.5.3 由频率特性曲线求系统传递函数 154

5.6 基于频率特性的稳定性判据 156

5.6.1 基于幅相特性的稳定性判据——奈奎斯特稳定性判据 156

5.6.2 在对数坐标图上应用奈奎斯特稳定性判据 161

5.6.3 在对数幅相图上应用奈奎斯特稳定性判据 164

5.7 稳定裕度 166

5.8 闭环频率特性与时域性能指标 171

5.8.1 闭环频率特性主要性能指标 171

5.8.2 一阶系统和二阶系统频域指标与时域指标 172

5.8.3 高阶系统频域指标与时域指标 174

5.9 闭环频率特性的绘制 175

5.9.1 等M圆图和等N圆图 176

5.9.2 尼柯尔斯图 178

5.9.3 非单位反馈系统的闭环频率响应 178

5.10 开环对数频率特性与时域指标 180

5.10.1 开环对数幅频特性“三频段”概念 180

5.10.2 二阶系统最佳参考模型 181

5.10.3 期望开环对数幅频特性的确定 182

习题 184

6.1 引言 192

第六章 控制系统补偿与综合 192

6.2 频率响应法串联补偿 193

6.2.1 串联超前补偿 193

6.2.2 串联滞后补偿 199

6.2.3 串联滞后—超前补偿 201

6.2.4 按二阶最佳参考模型设计 204

6.2.5 按期望开环对数频率特性设计串联补偿装置 204

6.3 根轨迹法串联补偿 206

6.3.1 串联超前补偿 207

6.3.2 串联滞后补偿 209

6.3.3 串联滞后—超前补偿 212

6.4.2 常用的反馈补偿形式 214

6.4 反馈补偿 214

6.4.1 反馈补偿的功能 214

6.4.3 反馈补偿举例 218

6.4.4 基于根轨迹法确定反馈补偿参数 220

6.5 复合补偿 221

6.5.1 附加输入前馈补偿的复合控制系统 221

6.5.2 附加干扰补偿的复合控制系统 223

6.6 采用零、极点相消法实现补偿与综合 225

6.7 PID控制器的设计 227

6.7.1 PID控制器的基本结构 227

6.7.3 比例积分控制器（PI） 228

6.7.2 比例微分控制器（PD） 228

6.7.4 PID控制参数的整定 229

6.8 控制系统设计举例 230

6.8.1 导弹滚动回路姿态角稳定控制系统 230

6.8.2 天线方位角伺服系统 235

习题 237

第七章 非线性系统分析 242

7.1 非线性系统概述 242

7.1.1 典型的非线性特性 242

7.1.2 非线性系统的特点 244

7.1.3 非线性系统的分析方法 245

7.2.1 基本概念 246

7.2 描述函数法 246

7.2.2 典型非线性特性的描述函数 248

7.2.3 组合非线性特性的描述函数 252

7.2.4 用描述函数法分析稳定性 256

7.2.5 典型非线性系统的描述函数分析 258

7.3 相平面分析法 262

7.3.1 相轨迹的概念和性质 262

7.3.2 奇点 263

7.3.3 极限环 267

7.3.4 相轨迹的绘制 268

7.3.6 线性二阶系统的相平面分析 272

7.3.5 由相平面图求时间解 272

7.3.7 非线性系统的相平面分析 275

7.3.8 利用非线性特性改善系统的控制性能 283

习题 284

第八章 采样控制系统分析 290

8.1 引言 290

8.2 信号的采样与复现 291

8.2.1 连续信号的采样和星号拉氏变换 291

8.2.2 信号的复现与保持器 297

8.2.3 过采样和不足采样 299

8.3.1 Z变换定理及计算方法 301

8.3 Z变换 301

8.3.2 Z反变换 310

8.4 差分方程 313

8.4.1 差分方程定义 313

8.4.2 差分方程求解 315

8.5 线性离散系统的脉冲传递函数 316

8.5.1 脉冲传递函数的定义 316

8.5.2 脉冲传递函数的代数运算规则 318

8.5.3 具有时间延迟系统的脉冲传递函数计算 323

8.6 离散控制系统的时域分析 325

8.6.1 动态特性分析 325

8.6.2 线性定常离散系统的稳定性分析 329

8.6.3 采样时刻的稳态误差分析 333

8.7 线性定常离散时间控制系统的频率特性 337

8.7.1 频率特性 337

8.7.2 W变换和伯德图 339

8.8 离散时间控制系统的数字校正 342

8.8.1 离散与连续等效设计方法 342

8.8.2 w平面设计方法 344

8.8.3 根轨迹设计方法 347

8.8.4 按最少拍原理设计伺服系统 352

习题 359

参考文献 364