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目录 1

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 自动控制理论概述 1

1.1.2 自动控制的发展历史及现状 1

1.1.3 自动控制的基本方法 2

1.1.4控制系统的分类 5

1.1.5控制系统的研究内容和方法 7

1.1.6对控制系统的基本要求 7

习题 9

第2章控制系统的数学模型 10

2.1 列写系统的微分方程 10

2.1.1机械系统 10

2.1.2电路系统 11

2.1.3机电系统 11

2.1.4非线性方程的线性化 12

2.2.1传递函数的概念 13

2.2传递函数 13

2.2.2传递函数的定义 14

2.2.3传递函数的性质 14

2.2.4传递函数的求法 15

2.3 系统的动态结构图 16

2.3.1动态结构图 16

2.3.2动态结构图的绘制 16

2.3.3动态结构图的基本连接方式 18

2.4.1相加点的移动 19

2.4动态结构图的等效变换 19

2.4.2分支点的移动 21

2.5信号流图与梅逊公式 22

2.5.1信号流图的组成 23

2.5.2信号流图的绘制 23

2.5.3梅逊（S.J.Mason）公式 24

2.6系统的传递函数 26

2.6.1 闭环控制系统的开环传递函数 26

2.6.2给定输入信号r(t)作用下的闭环传递函数 26

2.6.5闭环系统的误差传递函数 27

2.6.3扰动信号n(t)作用下的闭环传递函数 27

2.6.4系统的总输出 27

习题 28

第3章时域分析法 32

3.1 系统性能指标及动态性能分析 32

3.1.1典型输入信号和时域性能指标 32

3.1.2控制系统的性能指标 35

3.2一阶系统的时域分析 36

3.2.1一阶系统的单位阶跃响应 36

3.2.2一阶系统的单位斜坡响应 37

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应 38

3.3二阶系统的时域分析 38

3.3.1二阶系统的单位阶跃响应 39

3.3.2二阶系统和它的瞬态响应指标 42

3.3.3改善二阶系统性能的措施 45

3.4高阶系统的时域分析 47

3.5.1系统稳定的充分与必要条件 48

3.5控制系统的稳定性分析 48

3.5.2劳斯（Routh）稳定判据 49

3.5.3两种特殊情况 51

3.5.4劳斯稳定判据在控制系统中的应用 52

3.6控制系统的稳态误差分析 54

3.6.1 给定信号作用下的稳态误差及误差系数 55

3.6.2扰动信号作用下的稳态误差 59

3.6.3改善系统稳态精度的方法 60

习题 61

第4章根轨迹法 64

4.1反馈系统的根轨迹 64

4.2绘制根轨迹的基本规则 66

4.2.1绘制180°根轨迹的基本规则 66

4.2.2绘制0°根轨迹的基本规则 76

4.3典型反馈系统的根轨迹举例 78

4.4参量根轨迹 84

习题 86

5.1频率特性 88

5.1.1频率特性的概念 88

第5章频域分析法 88

5.1.2频率特性的图示方法 89

5.2典型环节的频率特性 92

5.2.1 比例（放大）环节 92

5.2.2积分环节 93

5.2.3微分环节 94

5.2.4惯性环节 94

5.2.5一阶微分环节 96

5.2.6振荡环节 97

5.3系统开环频率特性图的绘制 100

5.3.1 系统开环频率特性函数极坐标图的绘制 100

5.3.2系统开环对数频率特性图的绘制 101

5.3.3根据频率特性确定传递函数 103

5.4稳定判据 105

5.4.1 系统开环特征式和闭环特征式的关系 105

5.4.2奈奎斯特稳定判据 105

5.4.3对数频率稳定判据 107

5.4.4稳定裕度 108

5.5开环频率特性与时域指标的关系 110

习题 112

第6章 系统的校正方法 117

6.1校正的基本概念 117

6.1.1性能指标 117

6.1.2校正系统的结构 118

6.2 串联校正装置的结构、特性和功能 119

6.2.1超前校正装置 119

6.2.2滞后校正装置 121

6.2.3滞后—超前校正装置 122

6.3 串联校正的频率响应设计法 124

6.3.1串联超前校正 124

6.3.2串联滞后校正 127

6.3.3串联滞后—超前校正 129

6.4几种基本的控制规律 129

6.4.1 比例控制（P控制） 129

6.4.2 比例＋微分控制（PD控制） 129

6.4.4 比例＋积分＋微分控制（PID控制） 130

6.4.3比例＋积分控制（PI控制） 130

习题 131

第7章线性离散系统的分析与综合 134

7.1 采样过程 134

7.2采样周期的选择 136

7.3信号保持 137

7.4 Z变换 140

7.5脉冲传递函数 147

7.6稳定性分析 154

7.7线性数字控制系统的时域分析 158

习题 162

第8章 自动控制原理实验 165

8.1典型环节及其阶跃响应 165

8.2二阶系统阶跃响应 166

8.3控制系统的稳定性分析 168

8.4系统频率特性的测试 170

8.5控制系统串联校正 171

8.6采样实验 174

附录A拉普拉斯变换 176

附录B常见函数拉普拉斯变换对照表 183

附录C MATLAB语言的使用 184

C.1 MATLAB简介 184

C.2 MATLAB环境的安装 185

C.3 MATLAB的基本语句结构 187

C.4矩阵的基本运算 190

C.5 MATLAB的控制语句 194

C.5.1 MATLAB的循环语句结构 194

C.5.2 MATLAB的条件转移语句结构 196

C.6控制系统的数学模型及其转换方法 199

C.6.1控制系统的传递函数描述 199

C.6.2控制系统的状态方程模型 201

C.6.3控制系统的零极点模型 202

C.6.4控制系统的典型连接 204

C.7控制系统的计算机辅助频域与时域分析 206

C.7.1 控制系统的频域响应 206

C.7.2线性系统的时间响应分析 210

参考文献 213