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第一章 自动控制系统的基本概念 1

第一节 引言 1

目录 1

第二节 自动控制系统的基础知识 2

一、人工控制和自动控制 2

二、自动控制系统的组成及其方框图表示法 5

第三节 自动控制系统的工作原理 6

一、自动控制系统的工作过程 6

二、对自动控制系统的基本要求 9

第四节 自动控制系统的类型 10

二、恒值控制系统与随动控制系统 11

一、闭环控制系统与开环控制系统 11

三、线性控制系统与非线性控制系统 12

四、连续控制系统和离散控制系统 13

第二章 自动控制系统的数学模型 16

第一节 概述 16

第二节 系统动态微分方程式的列写 16

第三节 非线性微分方程的线性化 21

一、线性化的方法 21

二、线性化的步骤 22

第四节 传递函数的概念 23

三、小偏差线性化小结 23

一、传递函数的定义 24

二、传递函数的性质 24

三、传递函数的求取方法 25

第五节 典型环节的传递函数及其单位阶跃响应 26

一、比例环节 26

二、惯性环节 27

三、积分环节 28

四、微分环节 29

五、振荡环节 30

六、延迟环节 32

第六节 计算电气网络传递函数的简便方法——运算阻抗法 33

一、无源网络传递函数的计算 33

二、电子调节器传递函数的计算 34

第七节 系统动态结构图及其等效变换 37

一、系统动态结构图的绘制 37

二、结构图的等效变换 43

三、用简化结构图法求系统传递函数示例 47

四、用公式法求相关多回路系统的传递函数 48

二、干扰信号作用下的闭环传递函数 49

第八节 自动控制系统的传递函数 49

一、给定信号作用下的闭环传递函数 49

三、闭环系统的偏差传递函数 50

四、闭环系统的误差传递函数 50

第三章 自动控制系统的时域分析法 55

第一节 概述 55

一、典型输入信号 55

二、系统在阶跃信号作用下的响应曲线 57

三、以单位反馈系统作为研究的主要对象 60

一、线性系统稳定性的基本概念 62

第二节 系统的稳定性分析 62

二、系统稳定的条件 63

三、代数稳定判据 65

第三节 典型二阶系统的动态性能分析 71

一、二阶系统的数学模型 71

二、典型二阶系统的阶跃响应 72

三、欠阻尼二阶系统动态性能指标的计算 76

四、二阶工程最佳参数 79

五、典型二阶系统计算举例 80

六、无超调二阶系统的动态性能指标的估算 81

第四节 高阶系统的动态性能分析 82

二、高阶系统动态性能的定性分析 83

三、利用主导极点估算系统性能指标 83

一、高阶系统的单位阶跃响应 83

第五节 系统稳态误差的分析 84

一、误差及误差传递函数 84

二、稳态误差及其计算 85

三、输入信号r（t）单独作用下，稳态误差与系统结构间的关系 86

四、稳态误差与稳态误差系数 88

五、干扰信号N（t）单独作用下的稳态误差与系统结构的关系 91

一、改善结构不稳定的方法 93

第六节 改善系统性能指标的措施 93

二、改善系统动态特性的方法 94

三、减小稳态误差的方法 96

第四章 频率特性法 101

第一节 频率特性的基本概念 101

一、频率特性的定义 101

二、频率特性G（jω）与传递函数G（s）的关系 103

三、频率特性的图示法 103

第二节 典型环节的频率特性 106

一、比例环节的频率特性 106

二、惯性环节的频率特性 107

三、积分环节的频率特性 109

四、微分环节的频率特性 110

五、振荡环节的频率特性 112

六、纯滞后环节的频率特性 115

七、最小相位系统 116

第三节 系统开环频率特性图的绘制 117

一、0型系统的开环频率特性 118

二、Ⅰ型系统的开环频率特性 119

三、Ⅱ型系统的开环频率特性 121

第四节 系统稳定性的频率判据 124

一、系统特征式的幅角变化与系统稳定性的关系 124

二、奈奎斯特稳定判据 125

三、稳定裕量 127

第五节 用频率特性分析系统的性能 129

一、用开环频率特性分析系统的稳态性能 129

二、用开环频率特性分析系统的动态性能 130

三、用闭环频率特性分析系统的动态性能 132

二、校正装置的设计方法 136

一、引言 136

第一节 概述 136

第五章 自动控制系统的设计 136

三、常用的校正方案 137

第二节 期望开环频率特性 138

一、典型的系统期望开环频率特性 138

二、系统的稳态性能与低频段 138

三、动态性能指标与中频段 139

四、附加小时间常数对系统性能的影响 144

五、小结 144

第三节 典型校正装置 144

一、超前校正装置与PD调节器 145

二、滞后校正装置与PI调节器 147

三、滞后-超前校正装置与PID调节器 148

四、小结 151

第四节 串联校正的设计 151

一、串联超前校正设计 152

二、串联滞后校正设计 154

三、滞后-超前校正设计 157

四、利用期望频率特性进行串联校正的设计方法 160

第五节 局部反馈校正 163

一、一般的局部反馈校正 163

二、速度或测速发电机反馈校正 165

三、串联校正和局部反馈校正的比较 169

第六节 其他控制方式 169

一、前馈校正方式 169

二、对输入进行跟踪补偿的复合控制系统 170

第六章 数字控制系统的设计基础 174

第一节 信号的采样与保持 174

一、采样控制系统的分类和组成 174

二、信号的采样和保持 175

一、z变换及其性质 180

第二节 z变换 180

二、z反变换 182

第三节 采样系统的数学模型 184

一、差分方程 184

二、脉冲传递函数 186

三、方框图与闭环离散系统的脉冲传递函数 188

四、用z变换法分析离散数字系统的条件 189

第四节 采样系统的分析 190

一、采样系统的时间响应 190

二、采样系统的稳定性 191

三、采样系统的稳态误差 193

四、采样系统的动态性能分析 196

第五节 数字控制系统采样周期Ts的确定 200

一、采样周期的影响 201

二、常用的采样周期实际选择方法 203

第六节 计算机控制系统的初步设计 204

一、连续-离散化系统设计方法 204

二、直接离散域设计方法 208

附录Ⅰ 数学基础 212

第一节 复变函数的概念 212

一、复变数及其表示法 212

三、复变函数及其极点与零点 213

二、关于模和辐角的定理（不作证明） 213

第二节 拉普拉斯变换 214

一、概述 214

二、拉氏变换的定义及常用函数的拉氏变换 215

三、拉氏变换的主要运算定理 217

四、拉氏反变换 221

第三节 用拉氏变换法求解线性微分方程 224

附录Ⅱ 拉普拉斯变换表 227

附录Ⅲ 符号说明 229

参考文献 230