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第1章 绪论 1

1.1 控制工程概述 1

1.1.1 控制系统的基本概念 1

1.1.2 控制理论的发展简史 2

1.2 控制系统的工作原理及组成 3

1.2.1 机械控制系统实例 3

1.2.2 控制系统组成 5

1.3 控制系统的分类 6

1.3.1 按反馈情况分类 6

1.3.2 按输入信号变化规律分类 7

1.3.3 按系统的数学描述分类 7

1.3.4 按系统内部的信号特征分类 8

1.4 控制系统的基本要求 8

1.5 本课程的性质、任务及学习方法 10

1.5.1 课程性质 10

1.5.2 课程任务 10

1.5.3 学习方法 11

本章小结 11

习题 11

第2章 控制系统的数学模型 13

2.1 控制系统的微分方程 13

2.1.1 概述 13

2.1.2 控制系统微分方程的建立 15

2.1.3 非线性系统的线性化 17

2.2 传递函数 20

2.2.1 传递函数的定义 20

2.2.2 传递函数的特点 20

2.2.3 传递函数的求法 21

2.2.4 典型环节的传递函数 22

2.2.5 控制系统的传递函数 29

2.3 系统传递函数的方框图及其简化 30

2.3.1 方框图的基本概念 30

2.3.2 绘制方框图的步骤及方框图的特点 31

2.3.3 方框图的连接方式 33

2.3.4 方框图的简化 34

2.4 控制系统信号流图和梅逊公式 37

2.4.1 信号流图 37

2.4.2 梅逊公式 39

2.5 典型物理系统的微分方程和传递函数 41

2.5.1 机械系统 41

2.5.2 电气系统 44

2.5.3 液压系统 46

本章小结 47

习题 48

第3章 控制系统的时域分析 51

3.1 时间响应以及典型输入信号 51

3.1.1 基本概念 51

3.1.2 时间响应的组成 52

3.1.3 典型输入信号 52

3.2 一阶系统的时域分析 54

3.2.1 一阶系统的数学模型 54

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 55

3.2.3 一阶系统的单位斜坡响应 56

3.2.4 一阶系统的单位脉冲响应 57

3.2.5 响应之间的关系 57

3.3 二阶系统的时域分析 57

3.3.1 二阶系统的数学模型 58

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 59

3.3.3 二阶系统的单位脉冲响应 62

3.4 瞬态响应的性能指标及计算示例 63

3.4.1 瞬态响应的性能指标 63

3.4.2 二阶系统计算示例 65

3.5 控制系统稳态误差分析 69

3.5.1 基本概念 69

3.5.2 稳态误差的计算 71

3.5.3 输入信号作用下的稳态误差与系统的关系 72

3.5.4 干扰引起的稳态误差和系统的总误差 74

3.5.5 提高系统稳态精度的措施 76

本章小结 76

习题 77

第4章 控制系统的频域分析 80

4.1 频率特性的基本概述 80

4.1.1 频率响应 80

4.1.2 频率特性 81

4.1.3 频率特性的求取方法 83

4.1.4 频率特性的物理意义和数学本质 83

4.2 频率特性的极坐标图 84

4.2.1 引言 84

4.2.2 典型环节的极坐标图 85

4.2.3 开环系统的极坐标图的绘制 90

4.3 频率特性的对数坐标图 94

4.3.1 引言 94

4.3.2 典型环节的对数坐标图 96

4.3.3 绘制Bode图的一般步骤 101

4.3.4 由对数坐标图确定系统的传递函数 102

4.4 频域性能指标与时域性能指标之间的关系 106

4.4.1 闭环频率特性及其性能指标 106

4.4.2 二阶系统时域响应与频域响应的关系 107

4.4.3 一般系统时域响应与频域响应之间的关系 108

4.5 最小相位系统 110

4.5.1 最小相位系统的定义 110

4.5.2 最小相位系统的特点 110

4.6 频率实验法估计系统的数学模型 111

4.6.1 频率实验法一般步骤 111

4.6.2 频率实验法应用举例 112

本章小结 113

习题 114

第5章 控制系统的稳定性分析 116

5.1 控制系统稳定的条件 116

5.1.1 稳定性的基本概念 116

5.1.2 系统稳定的条件 116

5.2 代数稳定判据 117

5.2.1 胡尔维茨（Hurwitz）稳定判据 118

5.2.2 劳斯（Routh）判据 119

5.3 频域稳定判据 123

5.3.1 奈奎斯特（Nyquist）稳定判据 123

5.3.2 对数稳定判据 126

5.4 系统的相对稳定性 129

5.4.1 相位裕量 129

5.4.2 幅值裕量 130

5.5 根轨迹简介 131

5.5.1 根轨迹 132

5.5.2 根轨迹作图法则 132

5.5.3 计算机直接求根作根轨迹 134

本章小结 135

习题 135

第6章 控制系统的综合与校正 138

6.1 系统校正的基本概念 138

6.1.1 系统的性能指标 138

6.1.2 校正的概念 139

6.1.3 校正的分类 140

6.2 校正方法和校正装置的设计 141

6.2.1 超前校正 142

6.2.2 滞后校正 147

6.2.3 滞后-超前校正 150

6.2.4 PID调节器 152

6.2.5 反馈校正 157

本章小结 159

习题 159

附录A 拉普拉斯变换 162

A.1 基础知识 162

A.1.1 复数、复变量和复变函数 162

A.1.2 复数的表示方法 162

A.1.3 复变函数的概念 163

A.1.4 两个重要定理 163

A.1.5 映射定理 164

A.2 拉普拉斯变换的数学基础 165

A.2.1 拉普拉斯变换的概念 165

A.2.2 典型函数的拉普拉斯变换 166

A.3 拉普拉斯变换定理 169

A.3.1 实微分定理 169

A.3.2 终值定理 169

A.3.3 初值定理 170

A.3.4 实积分定理 170

A.3.5 复微分定理 170

A.3.6 延时定理 171

A.3.7 位移定理 171

A.3.8 卷积定理 171

A.4 拉普拉斯反变换 172

A.4.1 概述 172

A.4.2 部分分式展开 173

A.4.3 含有多重极点的F（s）的部分分式展开 174

附录B 常用时间函数拉普拉斯变换 176

参考文献 177