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第一章 绪论 1

第一节 概述 1

目录 1

第二节 控制系统的工作原理及组成 2

一、控制系统的工作原理 2

二、控制系统的组成 4

三、控制系统的方框图表示法 4

第三节 控制系统的分类 5

一、开环控制系统与闭环控制系统 5

二、定值控制、随动控制和程序控制系统 6

四、连续与离散控制系统 8

三、线性与非线性控制系统 8

五、单变量与多变量控制系统 9

第四节 控制系统的研究内容和方法 9

一、控制系统的研究内容 9

二、控制系统的研究方法 9

习题 10

第二章 控制系统的数学模型 11

第一节 环节特性及其数学描述 11

一、环节的特性 11

二、环节微分方程的理论推导 12

三、非线性特性的线性化处理及增量方程式 19

四、物理过程的类比 21

第二节 传递函数与典型环节的阶跃响应 22

一、传递函数的基本概念 22

二、典型环节的传递函数及其阶跃响应 24

第三节 方框图 32

一、方框图的组成 32

二、方框图的基本运算 33

三、方框图的等效变换 35

四、方框图的简化 36

五、利用方框图推演环节的传递函数 38

二、信号流图的性质 40

一、信号流图的组成元件及名词术语 40

第四节 信号流图 40

三、信号流图的运算法则 41

四、利用信号流图简化，求系统的传递函数 43

五、梅森增益公式及其应用 43

第五节 动态特性的实验测试法 46

一、实验测试方法 46

二、阶跃信号测试法的数据处理 47

三、矩形脉冲信号测试法 51

第六节 控制系统的数学模型 52

习题 55

二、斜坡函数 61

一、阶跃函数 61

三、抛物线函数 61

第一节 典型输入信号 61

第三章 时域分析法 61

四、单位脉冲函数 62

第二节 系统的过渡过程和性能指标 62

一、系统的过渡过程 62

二、过渡过程的性能指标 63

第三节 控制系统的稳定性分析 65

一、稳定性的一般概念 65

二、系统稳定的条件 65

三、代数稳定判据 67

四、代数判据的应用 71

二、稳态误差的计算 73

一、稳态误差的一般概念 73

第四节 控制系统的稳态误差 73

三、参比信号作用下的稳态误差与系统结构、参数的关系 75

四、静态误差系数 77

五、干扰信号作用下的稳态误差与系统结构、参数的关系 79

六、提高系统稳态精度的方法 81

第五节 控制系统的动态性能分析 82

一、一阶系统分析 82

二、二阶系统分析 86

三、高阶系统的近似分析 97

第六节 基本控制规律对系统性能的影响 99

一、比例控制作用分析 99

二、微分控制作用分析 100

三、积分控制作用分析 101

第七节 电子模拟计算机在系统分析中的应用 103

一、电子模拟计算机 104

二、控制系统的模拟 104

三、传递函数的模拟 109

习题 112

第四章 根轨迹法 117

第一节 根轨迹的基本概念 117

一、闭环传递函数与开环传递函数 117

二、根轨迹的概念 118

第二节 根轨迹的求作 119

一、图解法求作根轨迹的基本条件 119

二、根轨迹的作图规则 122

三、非K参变量的根轨迹 135

第三节 特征根与过渡过程性能指标的关系 138

一、系统的稳定条件 138

二、特征根的位置与过渡过程性能指标的关系 139

三、主导极点 142

第四节 控制系统的根轨迹分析法 143

一、放大系数的改变对系统质量的影响 143

二、开环极点对系统的影响 145

三、开环零点对系统的影响 147

四、控制器参数对系统的影响 149

五、闭环零点对系统的影响 151

六、环外极点对系统的影响 154

第五节　控制系统的根轨迹综合与校正 158

一、开环系统放大系数的确定 159

二、串联微分（超前）校正 160

三、串联积分（滞后）校正 163

四、串联积分-微分校正 165

五、控制器参数的整定 166

习题 168

第五章 频率特性法 173

第一节　频率特性的基本概念 173

一、频率特性与传递函数的关系 174

二、频率特性的图示法 175

第二节　典型环节的频率特性 177

一、比例环节 177

二、积分环节 178

三、微分环节 179

四、一阶滞后环节 179

五、一阶微分环节 181

六、振荡环节 182

七、二阶微分环节 185

八、纯滞后环节 186

九、理想比例积分控制器（PI控制器） 186

十、理想比例积分微分控制器（PID控制器） 187

第三节 开环控制系统的波特图 188

一、开环控制系统波特图的绘制 188

二、最小相位系统 191

第四节 开环系统的奈魁斯特图 193

第五节 频率特性的实验测试 196

一、频率特性实验分析的方法 196

二、由波特图确定系统的传递函数 197

三、频率特性实验时应注意的问题 198

第六节 奈魁斯特稳定性判据 199

一、开环系统和闭环系统的特征方程式 200

二、奈魁斯特稳定判据 201

三、奈魁斯特稳定判据的普遍情况 203

四、关于零根的处理 204

五、奈魁斯特稳定判据的物理意义 208

六、时数幅相频率特性的稳定性判据 209

第七节 稳定裕度 210

一、相位裕度和增益裕度 211

二、相位裕度和增益裕度与系统性能之间的关系 212

第八节 控制系统的频率法校正 214

一、串联校正 214

二、反馈校正 223

三、串联校正与反馈校正的比较 224

习题 225

第六章 采样控制系统 228

第一节 信号的采样与恢复 228

一、信号采样及数学描述 229

二、采样定理 231

三、信号的恢复与零阶保持器 234

一、z变换的定义 236

第二节 z变换 236

二、z变换的求法 237

三、z变换的基本定理 239

四、z反变换 242

第三节 采样系统的数学模型 244

一、差分方程 244

二、由微分方程求近似差分方程 245

三、用z变换法解差分方程 247

四、脉冲传递函数 248

五、开环系统的脉冲传递函数 249

六、闭环脉冲传递函数 253

一、采样系统的稳定性分析 257

第四节 采样系统的分析 257

二、采样系统的稳态误差 261

三、采样系统的动态性能分析 265

四、根轨迹法在分析采样系统中的应用 267

五、对数频率法在分析采样系统中的应用 271

第五节 采样系统的校正与设计 273

一、连续校正与数字校正 273

二、最少拍采样系统的设计 274

习题 280

第七章 状态空间分析法 283

第一节 状态空间的基本概念 283

一、状态、状态变量和状态空间 283

二、状态方程和输出方程 286

第二节 系统的状态空间表达式 288

一、由高阶微分方程式导出状态空间表达式 288

二、由传递函数导出状态空间表达式 293

三、传递矩阵、特征方程和线性变换 300

四、线性离散系统的状态空间表达式 309

第三节 状态方程的求解及转移矩阵 314

一、连续线性定常系统状态方程的齐次解 314

二、状态转移矩阵 316

三、连续线性定常系统状态方程的非齐次解 320

四、线性离散系统状态方程的求解 323

第四节 线性系统的可控性和可观测性 329

一、状态可控性 329

二、输出完全可控的条件 335

三、状态可观测性 336

四、可控性、可观测性和传递函数的关系 339

第五节 用状态空间法分析和综合控制系统 339

一、状态反馈和极点的任意配置 339

二、状态观测器 343

三、解耦控制系统 347

习题 351

附录 354

附录一 拉氏变换基本定理 354

附录二 拉氏变换对照表 354

附录三 阵矩的定义及性质 355

参考文献 358