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第1章 绪论 1

1.1控制系统的基本概念 1

1.1.1开环控制系统 1

1.1.2闭环控制系统 2

1.2控制系统的工程应用 3

1.2.1温度控制系统 4

1.2.2硬磁盘中的磁头位置控制系统 4

1.2.3火电厂电能生产综合控制系统 5

1.3控制理论发展的简要回顾 5

1.4控制系统的分析和设计 6

小结 6

习题一 7

第2章 控制系统的数学模型 8

2.1线性动态系统 8

2.1.1线性系统的叠加性和齐次性 8

2.1.2物理系统的线性近似 9

2.2传递函数与系统结构图 9

2.2.1传递函数 9

2.2.2传递函数结构图 10

2.2.3典型环节的传递函数 12

2.2.4结构图的变换 13

2.2.5闭环控制系统的基本结构 15

2.3信号流图及Mason公式 16

2.3.1信号流图 16

2.3.2 Mason公式 18

2.4状态空间模型 20

2.4.1状态变量 20

2.4.2状态空间方程 21

2.4.3线性变换 23

2.5传递函数与状态空间方程的转换 23

2.5.1由状态空间方程到传递函数 23

2.5.2传递函数不变性 24

2.5.3由传递函数到状态空间方程 25

2.6状态图 27

2.7利用传递函数求解响应 30

2.8状态方程求解 32

小结 33

习题二 34

第3章 控制系统的时域分析 38

3.1系统的稳定性 38

3.1.1 Liapunov稳定 38

3.1.2渐近稳定 38

3.1.3 BIBO稳定 39

3.2 Routh稳定判据 41

3.2.1稳定判据 41

3.2.2两种特例的处理 43

3.2.3 Routh判据的应用 44

3.3稳态性能 45

3.3.1测试输入信号 45

3.3.2稳态误差的定义 46

3.3.3稳态误差计算 47

3.3.4干扰信号 49

3.3.5灵敏度分析 51

3.4动态响应 51

3.4.1动态性能指标 52

3.4.2一阶系统 52

3.4.3二阶系统 53

3.4.4高阶系统 56

3.4.5高阶系统的简化 58

3.5根轨迹法 59

3.5.1根轨迹的概念 59

3.5.2绘制根轨迹的条件 60

3.5.3根轨迹绘制的规则 61

3.5.4根轨迹的参数设计 68

3.5.5添加零一极点对根轨迹的影响 68

小结 70

习题三 70

第4章 控制系统的频域分析 74

4.1系统的频率特性 74

4.2 Nyquist稳定判据 75

4.2.1 Cauchy辐角原理 75

4.2.2 Nyquist围线和Nyquist图 76

4.2.3 Nyquist稳定判据 78

4.2.4绘制Nyquist图和应用稳定判据的示例 78

4.2.5 S右半平面的映射域与稳定性 85

4.3对数频率特性法 86

4.3.1典型环节的Bode图 87

4.3.2系统Bode图的合成 90

4.3.3对数幅频特性渐近线分段作图法 92

4.3.4相频特性草图分段作图法 93

4.3.5最小相位系统 95

4.4稳定裕量 95

4.4.1幅值裕量和相角裕量 96

4.4.2稳定裕量与稳定性 96

4.4.3幅值裕量和相角裕量计算示例 97

4.4.4最小相位系统的幅频特性 100

4.5闭环频率特性和带宽 102

小结 103

习题四 104

第5章 反馈控制系统设计 107

5.1系统设计方法 107

5.1.1性能指标 107

5.1.2校正装置 107

5.2串联校正网络 108

5.2.1 PID校正 108

5.2.2超前校正 110

5.2.3滞后校正 111

5.2.4滞后-超前校正 112

5.3用根轨迹法设计校正网络 113

5.3.1时域性能和期望极点 113

5.3.2串联超前校正 114

5.3.3串联滞后校正 116

5.4用对数频率特性法设计校正网络 119

5.4.1频域指标和期望频率特性 119

5.4.2串联超前校正 120

5.4.3串联滞后校正 123

5.4.4串联滞后超前校正 124

小结 127

习题五 127

第6章 状态变量反馈控制系统 129

6.1能控性 129

6.1.1能控性的定义 129

6.1.2能控性判据 130

6.1.3线性变换不改变能控性 130

6.1.4能控标准型（SISO系统） 132

6.2能观性 132

6.2.1能观性的定义 133

6.2.2能观性判据 133

6.3能控性能观性与传递函数的零—极点对消 135

6.4系统的能控性和能观性分解 137

6.5状态反馈与极点配置 139

6.6状态观测器 145

6.7带观测器的状态反馈控制系统 147

小结 149

习题六 149

第7章 数字控制系统 152

7.1信号采样和保持 152

7.1.1采样器 152

7.1.2零阶保持器 153

7.2 Z变换 154

7.2.1 Z变换定义 154

7.2.2 Z变换的性质 156

7.2.3 Z反变换 157

7.3离散控制系统数学模型 159

7.3.1差分方程 159

7.3.2脉冲传递函数 160

7.3.3离散状态空间方程 160

7.3.4连续系统传递函数的离散化 162

7.3.5连续状态空间方程的离散化 165

7.4离散控制系统性能分析 166

7.4.1离散控制系统的稳定性 166

7.4.2离散控制系统的稳态误差 168

7.4.3离散系统动态响应 169

7.4.4离散状态空间模型的能控性与能观性 171

7.5数字控制器的设计 172

7.5.1模拟化设计方法 172

7.5.2数字化设计方法 175

7.5.3状态反馈极点配置设计法 178

小结 178

习题七 179

附录A MATLA B及控制系统工具箱简介 181

A.1简介 181

A.2数学模型的输入方法 182

A.2.1状态方程 183

A.2.2传递函数 183

A.2.3由开环传递函数求闭环传递函数 184

A.3控制系统分析用函数 184

A.3.1经典控制论的几个基本分析函数 184

A.3.2系统分析和仿真的例题 185

A.4 SISO系统设计工具 188

附录B能控性和能观性证明 192

B.1能控性判据 192

B.2能控标准型 193

B.3能观性判据 197

附录C拉普拉斯变换对 199

参考文献 200