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第1章 自动控制系统的基本概念 1

1.1开环控制系统与闭环控制系统 1

1.2闭环控制系统的组成和基本环节 4

1.3自动控制系统的类型 6

1.3.1线性系统和非线性系统 6

1.3.2连续系统和离散系统 8

1.3.3恒值系统、随动系统和程序控制系统 9

1.4自动控制系统的性能指标 9

1.4.1稳定性 9

1.4.2稳态性能指标 10

1.4.3暂态性能指标 10

小结 13

思考题与习题 14

第2章 自动控制系统的数学模型 17

2.1微分方程式的编写 17

2.1.1机械系统 18

2.1.2电气系统 21

2.1.3液压系统 24

2.1.4热工系统 29

2.2非线性数学模型的线性化 31

2.3传递函数 35

2.3.1传递函数的定义 35

2.3.2典型环节的传递函数及暂态特性 41

2.4系统动态结构图 49

2.5系统传递函数和结构图的等效变换 52

2.5.1典型连接的等效传递函数 53

2.5.2相加点及分支点的变位运算 55

2.5.3系统开环传递函数 57

2.5.4系统闭环传递函数 60

2.5.5系统对给定作用和扰动作用的传递函数 61

2.6信号流图 62

2.6.1信号流图中的术语 63

2.6.2信号流图的绘制 64

2.6.3信号流图的基本简化法则 65

2.6.4梅逊增益公式 66

2.7用MATLAB求解线性微分方程和化简系统方框图 71

2.7.1 MATLAB中数学模型的表示 71

2.7.2用MATLAB求解线性微分方程 73

2.7.3 MATLAB在系统方框图化简中的应用 76

小结 78

思考题与习题 79

第3章 自动控制系统的时域分析 85

3.1自动控制系统的时域指标 86

3.1.1对控制性能的要求 86

3.1.2自动控制系统的典型输入信号 87

3.2一阶系统的阶跃响应 89

3.2.1一阶系统的数学模型 89

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应 89

3.3二阶系统的阶跃响应 91

3.3.1典型二阶系统的动态特性 93

3.3.2二阶系统动态性能指标 97

3.3.3二阶系统特征参数与动态性能指标之间的关系 100

3.3.4二阶工程最佳参数 101

3.3.5零点、极点对二阶系统动态性能的影响 103

3.4高阶系统的动态响应 107

3.5自动控制系统的代数稳定判据 109

3.5.1线性系统稳定性的概念和稳定的充分必要条件 109

3.5.2劳斯判据 110

3.5.3赫尔维茨判据 113

3.5.4谢绪恺判据 114

3.5.5参数对稳定性的影响 115

3.5.6相对稳定性和稳定裕度 117

3.6稳态误差 118

3.6.1扰动稳态误差 118

3.6.2给定稳态误差和误差系数 120

3.6.3减小稳态误差的方法 126

3.7用MATLAB进行系统时域分析 129

3.7.1典型输入信号的MATLAB实现 130

3.7.2系统的稳定性分析 134

3.7.3 MATLAB在求解系统给定稳态误差中的应用 136

小结 138

思考题与习题 138

第4章 根轨迹法 143

4.1根轨迹法的基本概念 144

4.2根轨迹的绘制法则 146

4.2.1绘制根轨迹的一般法则 146

4.2.2自动控制系统的根轨迹 155

4.2.3零度根轨迹 166

4.2.4参数根轨迹 168

4.3用根轨迹法分析系统的动态特性 172

4.3.1在根轨迹上确定特征根 172

4.3.2用根轨迹法分析系统的动态特性 173

4.3.3开环零点对系统根轨迹的影响 176

4.3.4开环极点对系统根轨迹的影响 178

4.3.5偶极子对系统性能的影响 178

4.4用MATLAB绘制根轨迹 181

4.4.1根轨迹分析的MATLAB实现的函数指令格式 181

4.4.2零度根轨迹的MATLAB绘制 187

4.4.3参数根轨迹的MATLAB绘制 188

小结 191

思考题与习题 191

第5章 频率法 195

5.1频率特性的基本概念 195

5.2非周期函数的频谱分析 198

5.2.1周期函数的傅氏级数分解 198

5.2.2非周期函数的频谱 201

5.3频率特性的表示方法 204

5.3.1幅相频率特性 204

5.3.2对数频率特性 205

5.3.3对数幅相频率特性 206

5.4典型环节的频率特性 206

5.4.1比例环节 206

5.4.2惯性环节 207

5.4.3积分环节 211

5.4.4微分环节 212

5.4.5振荡环节 214

5.4.6时滞环节 217

5.4.7最小相位环节 218

5.5系统开环频率特性的绘制 219

5.5.1系统的开环幅相频率特性 219

5.5.2系统的开环对数频率特性 224

5.6用频率法分析控制系统的稳定性 227

5.6.1控制系统的稳定判据 227

5.6.2奈氏稳定判据的基本原理 230

5.6.3映射定理 231

5.6.4奈氏路径及其映射 232

5.6.5奈氏稳定判据 233

5.6.6开环有串联积分环节的系统 234

5.6.7用系统开环对数频率特性判断闭环系统稳定性 235

5.6.8应用奈氏稳定判据判断闭环系统稳定性举例 236

5.6.9系统的稳定裕度 239

5.7系统动态特性和开环频率特性的关系 241

5.7.1开环对数频率特性的基本性质 241

5.7.2系统动态特性和开环频率特性的关系 247

5.8闭环系统频率特性 249

5.8.1闭环系统频率特性与开环系统频率特性的关系 250

5.8.2闭环系统等M圆、等θ圆及尼氏图 251

5.8.3非单位反馈系统的闭环频率特性 257

5.9系统动态特性和闭环频率特性的关系 257

5.9.1谐振峰值Mp和超调量σ％之间的关系 257

5.9.2谐振峰值Mp和调节时间ts的关系 258

5.9.3频带宽BW和ξ之间的关系 258

5.10用MATLAB绘制系统开环频率特性 259

5.10.1用MATLAB绘制系统开环对数频率特性（伯德图） 259

5.10.2用MATLAB绘制系统开环幅相频率特性（奈氏曲线） 264

5.10.3稳定裕度求解 266

小结 268

思考题与习题 269

第6章 控制系统的校正及综合 272

6.1控制系统校正的一般概念 272

6.1.1基本校正方法 272

6.1.2用频率法校正的特点 274

6.2串联校正 275

6.2.1串联超前（微分）校正 276

6.2.2串联滞后（积分）校正 281

6.2.3串联滞后-超前（积分-微分）校正 288

6.3反馈校正 298

6.3.1反馈校正的功能 298

6.3.2反馈校正装置的设计 301

6.4复合校正 308

6.4.1按扰动补偿的复合控制 308

6.4.2按输入补偿的复合控制 309

6.5应用MATLAB进行系统校正 312

6.5.1串联超前校正设计 312

6.5.2串联滞后校正设计 315

6.5.3串联滞后-超前校正设计 317

小结 320

思考题与习题 321

第7章 非线性系统分析 326

7.1非线性系统动态过程的特点 326

7.2非线性特性及其对系统性能的影响 329

7.2.1不灵敏区（死区） 329

7.2.2饱和 331

7.2.3间隙 332

7.2.4摩擦 333

7.2.5继电器特性 335

7.3非线性特性的描述函数 336

7.3.1谐波线性化 336

7.3.2非线性特性的描述函数 338

7.3.3典型非线性特性的描述函数 339

7.4非线性系统的描述函数法 348

7.4.1非线性系统的典型结构及基本条件 348

7.4.2非线性系统的稳定性分析 349

7.4.3自振分析 351

7.4.4应用描述函数法分析非线性系统 352

7.4.5非线性系统结构图的简化 358

7.5改善非线性系统性能的措施及非线性特性的利用 360

7.5.1改变线性部分的参数或对线性部分进行校正 360

7.5.2改变非线性特性 361

7.5.3非线性特性的应用 363

7.5.4用振荡线性化改善系统性能 366

7.6相平面法 367

7.6.1相轨迹的特征 367

7.6.2相轨迹的绘制方法 373

7.6.3用相平面法分析非线性系统 374

小结 378

思考题与习题 378

第8章 线性离散系统的理论基础 383

8.1线性离散系统的基本概念 383

8.2离散时间函数的数学表达式及采样定理 384

8.2.1离散时间函数的数学表达式 385

8.2.2采样函数f（t）的频谱分析 385

8.2.3采样定理 387

8.2.4信号的复现 387

8.3 z变换 389

8.3.1 z变换的定义 389

8.3.2 z变换的方法 390

8.3.3 z变换的性质 392

8.3.4 z反变换 395

8.4线性常系数差分方程 396

8.4.1差分方程的定义 397

8.4.2差分方程的解法 398

8.5脉冲传递函数 399

8.5.1脉冲传递函数的定义 399

8.5.2脉冲传递函数的推导 399

8.5.3开环系统脉冲传递函数 401

8.5.4闭环系统脉冲传递函数 402

8.6采样控制系统的时域分析 405

8.6.1用z变换法求系统的单位阶跃响应 405

8.6.2采样系统的稳定性分析 406

8.6.3采样控制系统的稳态误差 410

8.7采样控制系统的频域分析 411

8.7.1双线性变换 412

8.7.2伯德图 413

8.8线性离散系统的数字校正 415

8.8.1用根轨迹法综合数字校正装置 415

8.8.2数字校正装置的实现 416

8.9最少拍离散控制系统的分析与设计 418

8.9.1最少拍系统的闭环脉冲传递函数 418

8.9.2最少拍系统的设计 419

8.10用MATLAB进行采样系统分析 424

8.10.1 z变换和z反变换 424

8.10.2连续系统的离散化 425

8.10.3采样控制系统的时域分析 426

8.10.4采样控制系统的频域分析 430

小结 433

思考题与习题 434

名词术语索引 439

附录本书使用的部分MATLAB指令 444

参考文献 448