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第1章 绪论 1

1.1自动控制的基本概念 1

1.1.1人工控制与自动控制 1

1.1.2控制系统框图 2

1.1.3开环控制与闭环控制 3

1.1.4自动控制系统的应用实例 3

1.2自动控制系统的组成 6

1.2.1基本组成部分 6

1.2.2常用的名词术语 7

1.3自动控制系统的分类 7

1.4自动控制理论概要 8

1.4.1自动控制理论的发展 8

1.4.2对自动控制系统的基本要求 9

1.4.3本书内容 10

1.5小结 11

1.6习题 11

第2章 自动控制系统的数学模型 14

2.1控制系统数学模型的概念 14

2.1.1建立数学模型的方法 14

2.1.2数学模型的类型 14

2.2控制系统的微分方程 15

2.2.1线性系统微分方程的建立 15

2.2.2微分方程的增量化表示 18

2.2.3线性系统的重要特征 19

2.2.4非线性微分方程的线性化 20

2.3控制系统的传递函数 21

2.3.1传递函数的概念 21

2.3.2关于传递函数的几点说明 23

2.3.3典型环节及其传递函数 25

2.4控制系统的结构图 28

2.4.1结构图的概念 29

2.4.2结构图的组成和建立 29

2.4.3结构图的等效变换和简化 30

2.4.4典型闭环控制系统的结构图及其传递函数 36

2.5信号流图 38

2.5.1信号流图的概念 38

2.5.2梅逊公式 40

2.6小结 41

2.7习题 42

第3章 自动控制系统的时域分析法 45

3.1时域分析法基础 45

3.1.1典型输入信号 45

3.1.2瞬态响应和稳态响应 46

3.1.3阶跃响应性能指标 46

3.2一阶系统的动态性能 47

3.3二阶系统的动态性能 49

3.3.1典型二阶系统的动态性能 49

3.3.2具有零点的二阶系统分析 57

3.4高阶系统的时域分析 60

3.5系统稳定性分析 60

3.5.1线性系统稳定的概念和稳定的充要条件 61

3.5.2劳斯（Routh）稳定判据 63

3.6稳态误差分析 68

3.6.1稳态误差的定义 69

3.6.2控制系统的型别 70

3.6.3给定输入作用下系统的稳态误差 70

3.6.4扰动输入作用下系统的稳态误差 74

3.6.5降低稳态误差的方法 75

3.7PID基本控制规律的分析 78

3.8利用MATLAB进行时域分析 80

3.8.1传递函数模型的MATLAB表示 80

3.8.2用MATLAB求控制系统的单位阶跃响应 82

3.8.3利用MATLAB辅助分析控制系统的稳定性 83

3.9小结 83

3.10习题 84

第4章 根轨迹分析法 89

4.1根轨迹的基本概念 89

4.1.1根轨迹的概念 89

4.1.2幅值条件和相角条件 91

4.2绘制根轨迹的基本法则 93

4.3参量根轨迹和根轨迹簇 106

4.3.1参量根轨迹 106

4.3.2根轨迹簇 108

4.4零度根轨迹 110

4.5延迟系统的根轨迹 112

4.5.1延迟系统根轨迹方程的幅值条件和相角条件 112

4.5.2绘制延迟系统的根轨迹 113

4.5.3根轨迹上Kg值的确定 114

4.6根轨迹法分析系统的性能 116

4.7增加开环零极点对根轨迹的影响 121

4.7.1增加开环零点对根轨迹的影响 121

4.7.2增加开环极点对根轨迹的影响 121

4.7.3增加开环偶极子对根轨迹的影响 121

4.8利用MATLAB绘制根轨迹图 124

4.9小结 125

4.10习题 125

第5章 频率特性分析法 129

5.1频率特性的基本概念 129

5.1.1频率特性的定义 129

5.1.2频率特性和传递函数的关系 131

5.2频率特性的图示方法 131

5.2.1幅相频率特性曲线 132

5.2.2对数频率特性曲线 132

5.2.3对数幅相特性曲线 133

5.3典型环节的频率特性 133

5.4系统的开环频率特性 141

5.4.1系统开环幅相频率特性的绘制 141

5.4.2系统开环对数频率特性的绘制 144

5.4.3最小相位系统与非最小相位系统 146

5.5奈奎斯特稳定判据 147

5.5.1幅角定理 147

5.5.2奈奎斯特判据 149

5.5.3奈奎斯特判据在Ⅰ型和Ⅱ型系统中的应用 150

5.5.4在伯德图上判别闭环系统的稳定性 155

5.5.5多回路系统的稳定性分析 156

5.6相对稳定性 157

5.7系统闭环频率特性曲线的绘制 161

5.7.1用向量法求闭环频率特性 161

5.7.2等M圆图和等N圆图 162

5.7.3利用闭环幅频特性分析和估算系统的性能 164

5.8利用开环频率特性分析系统的性能 167

5.9利用MATLAB绘制频率特性曲线图 169

5.9.1利用MATLAB绘制奈奎斯特图 169

5.9.2利用MATLAB绘制伯德图 170

5.9.3利用MATLAB分析相对稳定性 171

5.10小结 171

5.11习题 172

第6章 自动控制系统的校正 176

6.1控制系统校正的基本概念 176

6.1.1校正方式 176

6.1.2性能指标 177

6.1.3设计方法 178

6.2校正装置及其特性 178

6.3串联校正的设计 186

6.3.1串联校正的频率法设计 186

6.3.2串联校正的根轨迹法设计 193

6.3.3串联校正的期望对数频率特性设计法 200

6.4反馈校正的设计 203

6.5复合控制校正 206

6.6小结 207

6.7习题 208

第7章 线性离散控制系统的分析 211

7.1线性离散控制系统的概念 211

7.2采样过程和采样定理 212

7.2.1采样过程 212

7.2.2采样定理 213

7.2.3信号复现与零阶保持器 215

7.3z变换 216

7.3.1 z变换的定义 217

7.3.2z变换的求法 217

7.3.3z变换的基本定理 220

7.3.4 z反变换 223

7.4离散控制系统的数学模型 225

7.4.1差分方程 225

7.4.2脉冲传递函数 227

7.5离散控制系统的稳定性分析 232

7.5.1s平面与z平面的映射关系 232

7.5.2离散控制系统稳定的充要条件 233

7.5.3离散控制系统的劳斯稳定判据 234

7.6离散控制系统的稳态误差分析 236

7.7离散控制系统的动态性能分析 239

7.7.1离散控制系统闭环极点分布和暂态响应的关系 240

7.7.2离散控制系统动态性能的估算 243

7.8离散控制系统的校正 245

7.8.1离散控制系统校正的特点 245

7.8.2校正装置的具体设计方法 245

7.8.3最少拍系统设计 247

7.9小结 253

7.10习题 253

第8章 非线性控制系统的分析 256

8.1非线性控制系统概述 256

8.1.1非线性现象的普遍性 256

8.1.2控制系统中的典型非线性特性 256

8.1.3非线性控制系统的特殊性 258

8.1.4非线性控制系统的分析方法 259

8.2相平面法 259

8.2.1相平面的基本概念 260

8.2.2构造相平面图 262

8.2.3由相平面图确定时间 265

8.2.4线性系统的相平面分析 266

8.2.5非线性系统的相平面分析 267

8.3描述函数法 269

8.3.1描述函数的基本概念 269

8.3.2典型非线性特性的描述函数 274

8.3.3用描述函数法分析非线性系统的稳定性 277

8.4小结 281

8.5习题 282

附录 常用函数z变换表 284

参考文献 286