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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 控制理论的发展历程 1

1.1.2 自动控制系统的组成及术语 2

1.2 自动控制举例 4

1.2.1 温度控制 4

1.2.2 液位控制 5

1.2.3 速度控制 6

1.2.4 随动控制 6

1.3 自动控制的基本方式 8

1.3.1 开环控制 8

1.3.2 闭环控制 8

1.3.3 复合控制 9

1.4 控制系统的分类 9

1.4.1 按系统输入信号的变化规律不同来分 9

1.4.2 按系统传输信号的性质来分 10

1.4.3 按描述系统的数学模型不同来分 10

1.4.4 其他分类方法 11

1.5 对控制系统的基本要求 11

1.6 例题精解 13

1.7 工程应用实例 15

本章小结 16

习题 16

第2章 控制系统的数学模型 19

2.1 引言 19

2.1.1 数学模型的特点 19

2.1.2 数学模型的类型 20

2.1.3 建模途径与原则 21

2.2 控制系统的微分方程 21

2.2.1 建立微分方程模型的一般步骤 21

2.2.2 建模举例 22

2.2.3 非线性系统（数学模型）的线性化 25

2.3 控制系统的传递函数 28

2.3.1 传递函数的概念 28

2.3.2 典型环节及其传递函数 30

2.3.3 控制系统的传递函数 34

2.3.4 传递函数的标准形式 37

2.3.5 传递函数的零点和极点对输出的影响 38

2.4 控制系统的结构图 38

2.4.1 结构图的概念 38

2.4.2 系统结构图的建立 39

2.4.3 结构图的等效变换 41

2.5 信号流图与梅森公式 46

2.5.1 信号流图中的术语 46

2.5.2 信号流图的绘制 47

2.5.3 梅森公式 48

2.6 应用MATLAB进行模型处理 50

2.6.1 拉氏变换与反变换 50

2.6.2 传递函数 51

2.7 例题精解 54

2.8 工程应用实例 59

本章小结 59

习题 59

第3章 线性系统的时域分析 63

3.1 引言 63

3.1.1 典型信号 64

3.1.2 性能指标 65

3.2 一阶系统的分析和计算 66

3.2.1 一阶系统的数学模型 66

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 67

3.2.3 单位斜坡响应 68

3.2.4 单位脉冲响应 69

3.3 二阶系统的分析和计算 69

3.3.1 二阶系统的数学模型 69

3.3.2 单位阶跃响应 70

3.3.3 二阶系统性能指标分析 73

3.3.4 单位脉冲响应 75

3.4 改善二阶系统性能的措施 76

3.4.1 二阶系统的比例－微分控制 76

3.4.2 二阶系统的速度反馈控制 78

3.4.3 比例－微分控制与速度反馈控制的比较 79

3.4.4 控制系统的基本控制律——比例－积分－微分控制 79

3.5 高阶系统的时间响应 81

3.5.1 高阶系统的阶跃响应 81

3.5.2 高阶系统性能估计 82

3.6 用MATLAB进行动态响应分析 84

3.6.1 绘制响应曲线 84

3.6.2 阶跃响应性能分析 85

3.6.3 应用Simulink进行仿真 86

3.7 稳定性分析 87

3.7.1 稳定性的概念和定义 87

3.7.2 线性系统稳定的条件 88

3.7.3 劳斯－赫尔维茨判据 89

3.8 线性系统的稳态误差计算 92

3.8.1 稳态误差的定义 92

3.8.2 参考输入作用下的稳态误差 94

3.8.3 扰动作用下的稳态误差 96

3.8.4 动态误差系数 98

3.9 例题精解 99

3.10 工程应用实例 107

本章小结 107

习题 107

第4章 线性系统的根轨迹法 112

4.1 根轨迹的基本概念 112

4.1.1 闭环零、极点与开环零极点之间的关系 112

4.1.2 根轨迹的基本概念 113

4.2 根轨迹方程 114

4.3 根轨迹绘制的基本规则 115

4.3.1 180°根轨迹绘制的基本规则 116

4.3.2 零度根轨迹的绘制规则 123

4.4 典型反馈系统的根轨迹分析 125

4.4.1 反馈系统的根轨迹分析举例 125

4.4.2 典型的根轨迹图 128

4.4.3 非最小相位系统的根轨迹 129

4.4.4 参数根轨迹 130

4.5 用MATLAB绘制系统的根轨迹 132

4.5.1 命令介绍 132

4.5.2 绘图示例 133

4.6 例题精解 135

4.7 工程应用实例 140

本章小结 140

习题 140

第5章 线性系统的频域分析法 144

5.1 频率特性的基本概念 144

5.1.1 频率特性的定义 144

5.1.2 频率特性的几何表示法 145

5.2 典型环节的频率特性 146

5.2.1 比例环节 146

5.2.2 积分环节 147

5.2.3 微分环节 148

5.2.4 惯性环节 149

5.2.5 一阶微分环节 150

5.2.6 振荡环节 150

5.2.7 二阶微分环节 153

5.2.8 延迟环节 153

5.3 控制系统的开环频率特性 153

5.3.1 开环Nyquist图 154

5.3.2 开环Bode图 155

5.3.3 最小相位系统与非最小相位系统 157

5.4 奈奎斯特稳定判据 159

5.4.1 辅助函数F(s) 159

5.4.2 幅角原理 160

5.4.3 奈奎斯特稳定判据 161

5.4.4 对数频率特性稳定判据 163

5.5 控制系统的稳定裕度 165

5.6 闭环频率特性 167

5.7 频率特性分析 167

5.7.1 用开环频率特性分析系统的性能 168

5.7.2 开环频域性能指标与时域指标的关系 169

5.7.3 开环频域指标与闭环频域指标的关系 171

5.8 MATLAB频率特性分析 172

5.8.1 Bode图 172

5.8.2 Nyquist图 174

5.8.3 Nichols图 176

5.9 例题精解 177

5.10 工程应用实例 180

本章小结 180

习题 181

第6章 控制系统综合与设计 184

6.1 引言 184

6.1.1 性能指标 184

6.1.2 控制系统校正的基本方法 184

6.2 校正方案 185

6.2.1 校正方式 185

6.2.2 校正装置 185

6.2.3 校正方案 187

6.3 根轨迹法校正 187

6.3.1 基于根轨迹法的超前校正 187

6.3.2 基于根轨迹法的滞后校正 189

6.3.3 基于根轨迹法的滞后－超前校正 190

6.4 频率响应法校正 191

6.4.1 应用伯德图设计的思路 191

6.4.2 频率响应超前校正 192

6.4.3 频率响应滞后校正 197

6.4.4 频率响应滞后－超前校正 200

6.5 反馈校正 203

6.6 例题精解 204

6.7 工程应用实例 209

本章小结 209

习题 210

第7章 非线性控制系统 212

7.1 引言 212

7.1.1 非线性控制系统的特点 212

7.1.2 典型非线性特性 213

7.2 描述函数法 215

7.2.1 描述函数的含义 215

7.2.2 典型非线性环节的描述函数 216

7.2.3 典型非线性环节组合时的描述函数 221

7.3 非线性控制系统描述函数分析 223

7.3.1 非线性系统的稳定性 223

7.3.2 自持振荡分析 224

7.4 相平面法 227

7.4.1 相平面的基本概念 227

7.4.2 相平面的特点 228

7.4.3 线性系统相轨迹 229

7.4.4 相轨迹绘制 232

7.5 非线性系统相平面分析 234

7.5.1 奇点与极限环 234

7.5.2 相平面法分析非线性系统 237

7.6 例题精解 241

7.7 工程应用实例 245

本章小结 245

习题 245

第8章 离散控制系统 249

8.1 离散系统的基本概念 249

8.1.1 采样控制系统 249

8.1.2 数字控制系统 251

8.1.3 离散控制系统的特点 252

8.2 信号的采样与保持 253

8.2.1 采样过程 253

8.2.2 采样过程的数学描述 254

8.2.3 采样定理 256

8.2.4 信号保持 257

8.3 Z变换 260

8.3.1 Z变换的定义 260

8.3.2 Z变换的方法 260

8.3.3 Z变换的性质 263

8.3.4 Z反变换 263

8.4 离散系统的数学模型 264

8.4.1 差分方程 265

8.4.2 脉冲传递函数 266

8.5 离散系统的稳定性和稳态误差 272

8.5.1 离散系统的稳定性 272

8.5.2 离散系统的稳态误差 276

8.6 离散系统的动态性能分析 278

8.7 离散系统的数字校正 280

8.8 MATLAB离散控制系统分析 281

8.8.1 Z变换和Z反变换 281

8.8.2 连续系统的离散化 281

8.8.3 采样系统的响应 282

8.9 例题精解 283

8.10 工程应用实例 286

本章小结 286

习题 287

习题参考答案 290

参考文献 300

光盘与纸质教材关联索引 301