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第一章 引论 1

1.1自动控制的基本原理 1

1.1.1自动控制和自动控制系统 1

1.1.2自动控制系统的工作原理 1

1.1.3自动控制系统的基本控制方式 2

1.2自动控制系统示例 3

1.2.1液位控制系统 3

1.2.2温度控制系统 3

1.2.3转速自动调节系统 4

1.2.4自整角机位置随动系统 5

1.2.5热工水温控制系统 5

1.3自动控制系统的类型 6

1.3.1按控制方式分类 6

1.3.2按执行部件分类 6

1.3.3按系统信号特性分类 6

1.3.4按控制参量分类 7

1.3.5按系统性能分类 7

1.3.6按输入量变化规律分类 8

1.4自动控制系统的基本要求 8

1.5自动控制系统的术语和定义 9

习题一 11

第二章 控制系统数学模型 12

2.1控制系统时域数学模型 12

2.1.1电路元件微分方程 12

2.1.2弹簧-质量-阻尼器系统的微分方程 14

2.1.3机械传动系统的微分方程 16

2.1.4直流电动机电枢控制方式微分方程 16

2.1.5控制系统微分方程的列写步骤 18

2.2控制系统的复数域数学模型 20

2.2.1传递函数 20

2.2.2传递函数的几种表达形式 21

2.2.3传递函数的性质 23

2.3典型环节的数学模型 24

2.3.1典型元件的传递函数 24

2.3.2最小相位环节和非最小相位环节传递函数 29

2.3.3各环节间负载效应 30

2.4控制系统结构图 31

2.4.1结构图的组成和绘制 31

2.4.2结构图的等效变换和简化规则 33

2.4.3结构图的化简 38

2.5控制系统的信号流图 41

2.5.1信号流图的组成及术语 41

2.5.2信号流图的性质 42

2.5.3信号流图的绘制和化简 42

2.5.4梅逊（Mason）公式 43

2.6闭环系统的传递函数 47

2.6.1系统的开环传递函数 47

2.6.2系统的闭环传递函数 48

习题二 49

第三章 控制系统时域分析法 55

3.1系统时域性能指标 55

3.1.1典型输入信号 55

3.1.2时域性能指标 58

3.2一阶系统时域分析 59

3.2.1一阶系统数学模型 59

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应 60

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应 61

3.2.4一阶系统的单位斜坡（速度）响应 62

3.2.5一阶系统的单位抛物线（加速度）响应 63

3.3二阶系统的时域分析 64

3.3.1二阶系统的数学模型 64

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 66

3.3.3二阶系统动态性能指标计算 69

3.3.4二阶系统的单位斜坡响应 75

3.3.5改善二阶系统动态性能的措施 76

3.4高阶系统的时域分析 80

3.4.1高阶系统单位阶跃响应 80

3.4.2闭环主导极点 81

3.5线性系统的稳定性分析 82

3.5.1稳定性的基本概念 82

3.5.2线性系统稳定的充分必要条件 83

3.5.3劳斯稳定判据 84

3.5.4劳斯稳定判据的应用 87

3.6线性系统的稳态误差计算 89

3.6.1误差与稳态误差 90

3.6.2终值定理法计算稳态误差 91

3.6.3静态误差系数法计算稳态误差 91

3.6.4扰动信号作用下的稳态误差分析 95

3.6.5减小或消除稳态误差的措施 97

习题三 100

第四章 控制系统的根轨迹法 104

4.1根轨迹的基本概念 104

4.1.1根轨迹的涵义 104

4.1.2根轨迹与系统性能分析 106

4.1.3闭环零、极点与开环零、极点之间的关系 106

4.1.4根轨迹的条件 107

4.2常规根轨迹的绘制法则 109

4.3广义根轨迹 129

4.3.1参数根轨迹 129

4.3.2零度根轨迹 133

4.4根轨迹系统性能分析 135

4.4.1条件稳定系统的分析 135

4.4.2闭环零、极点和系统的瞬态性能分析 136

4.4.3开环零、极点对根轨迹形状的影响 137

习题四 138

第五章 控制系统的频域分析 141

5.1频率特性的定义及表示形式 141

5.2典型环节的幅相频率特性 142

5.2.1基本概念 142

5.2.2幅相频率特性曲线 142

5.3典型环节的对数频率特性 146

5.3.1半对数坐标 146

5.3.2对数频率特性 148

5.4开环系统的幅相频率特性曲线绘制 153

5.5开环系统对数频率特性曲线绘制 161

5.5.1对数频率特性曲线绘制方法 161

5.5.2最小相位系统与非最小相位系统 164

5.6奈奎斯特稳定判据 165

5.6.1理论基础 166

5.6.2稳定判据 170

5.6.3开环传递函数中含有积分环节和等幅振荡环节时的奈氏稳定判据应用 172

5.7对数频率稳定判据 175

5.7.1开环幅相特性与对数频率特性之间的关系 175

5.7.2稳定判据 176

5.8频域稳定裕度 177

5.9用频率特性分析系统品质 181

5.9.1闭环频率特性及其特征量 181

5.9.2频域性能指标与时域性能指标的关系 182

5.10系统传递函数的实验法 187

习题五 189

第六章 控制系统的校正 194

6.1系统设计与校正问题 194

6.1.1系统的性能指标 194

6.1.2系统的校正方式 196

6.1.3基本控制规律 197

6.2常用校正装置及其特性 199

6.2.1超前校正装置 199

6.2.2滞后校正装置 202

6.2.3滞后-超前校正装置 205

6.3串联校正 210

6.3.1串联超前校正 211

6.3.2串联滞后校正 214

6.3.3串联滞后-超前校正 217

6.4并联校正 220

6.4.1并联校正原理 220

6.4.2并联校正设计 221

习题六 224

第七章 线性离散系统的分析 228

7.1离散系统的基本概念 228

7.1.1采样控制系统 228

7.1.2数字控制系统 230

7.1.3离散控制系统特点 232

7.2信号采样与保持 232

7.2.1信号的采样 232

7.2.2信号保持 236

7.3 Z变换 238

7.3.1 Z变换的定义 238

7.3.2 Z变换的方法 238

7.3.3 Z变换的基本性质 241

7.3.4 Z反变换 243

7.4离散系统的数学模型 245

7.4.1线性常系数差分方程及其解法 245

7.4.2脉冲传递函数 247

7.4.3开环系统脉冲传递函数 248

7.4.4闭环系统脉冲传递函数 250

7.5离散系统的稳定性和稳态误差 252

7.5.1s域到z域的映射 252

7.5.2线性定常离散系统稳定的充分必要条件 252

7.5.3离散系统的稳定性判据 254

7.5.4离散系统的稳态误差 255

7.6离散系统的动态性能分析 258

7.6.1离散系统的时间响应 258

7.6.2采样器和保持器对动态性能的影响 260

习题七 260

附录A拉氏变换和拉氏反变换 263

附录B MATLAB系统与常用函数 268