1绪论 1
1.1自动控制的基本概念 1
1.1.1基本概念 1
1.1.2开环控制与闭环控制的实例 2
1.2自动控制理论的发展 3
1.2.1经典控制理论 3
1.2.2现代控制理论 4
1.2.3大系统理论 4
1.2.4智能控制 4
1.3控制系统的分类 5
1.3.1恒值系统和随动系统 5
1.3.2线性系统和非线性系统 5
1.3.3连续系统和离散系统 5
1.4对控制系统的基本要求 6
1.4.1稳定性 6
1.4.2动态性能 6
1.4.3稳态性能 6
本章小结 6
习题 6
2控制系统的数学模型 8
2.1基本概念 8
2.1.1数学模型 8
2.1.2控制系统 8
2.2时域模型——微分方程 9
2.2.1建立系统或元件微分方程的步骤 9
2.2.2典型系统的微分方程 10
2.2.3非线性方程线性化方法 14
2.3复域模型——传递函数 15
2.3.1传递函数的定义 15
2.3.2传递函数的性质和物理意义 16
2.3.3典型环节的传递函数 16
2.3.4传递函数的表示方式和术语 18
2.4控制系统方块图 20
2.4.1方块图简介 20
2.4.2方块图的化简 22
2.4.3闭环系统的方块图和传递函数 25
2.5状态空间模型 28
2.5.1状态变量表达式相关概念 29
2.5.2由微分方程建立状态变量表达式 31
2.5.3状态变量表达式和传递函数的关系 35
本章小结 41
习题 41
3线性系统的时域分析 44
3.1系统的稳定性分析 44
3.1.1稳定的概念 44
3.1.2稳定的充要条件 45
3.1.3劳斯稳定判据 46
3.2二阶系统的动态性能分析 52
3.2.1典型输入信号 52
3.2.2动态性能指标 53
3.2.3二阶系统的时域响应 54
3.2.4高阶系统的时域响应 59
3.3系统稳态性能分析 62
3.3.1稳态误差的定义 63
3.3.2输入信号作用下系统的稳态误差 64
3.3.3扰动信号作用时系统的稳态误差 68
本章小结 70
习题 70
4线性系统的频域分析 75
4.1线性系统的频率响应 75
4.2频率特性的图形表示 77
4.2.1幅相频率特性曲线 78
4.2.2对数频率特性曲线 86
4.3奈奎斯特稳定判据 95
4.3.1奈奎斯特稳定判据的数学基础 95
4.3.2奈奎斯特稳定判据 95
4.4控制系统的相对稳定性 100
4.4.1相对稳定性 100
4.4.2稳定裕度的求取 102
4.5频域响应分析 105
4.5.1频率性能指标 105
4.5.2频域指标与时域指标的关系 105
本章小结 108
习题 108
5线性系统的校正 113
5.1系统设计与校正的概念 113
5.1.1系统性能指标 113
5.1.2校正的实质 114
5.1.3校正方式 115
5.1.4对数幅频特性的形状对系统性能指标的影响 115
5.2常用校正装置 117
5.2.1无源超前网络 117
5.2.2无源滞后网络 118
5.2.3滞后-超前无源网络 119
5.3串联校正的频率法设计 120
5.3.1串联超前校正 120
5.3.2串联滞后校正 122
5.3.3串联滞后-超前校正 124
5.4PID调节器 126
5.4.1PID的基本控制作用 126
5.4.2PID控制器的参数确定 129
本章小结 133
习题 133
6采样系统分析 135
6.1引言 135
6.2信号的采样与保持 135
6.2.1采样信号的数学表示 135
6.2.2采样信号的频谱分析 136
6.2.3采样定理 137
6.2.4信号的保持 138
6.3z变换 139
6.3.1z变换的定义 140
6.3.2z变换的求法 140
6.3.3z变换的性质 141
6.3.4z反变换 144
6.4采样系统的脉冲传递函数 146
6.4.1脉冲传递函数的定义和意义 146
6.4.2脉冲传递函数的求法 147
6.4.3开环脉冲传递函数 148
6.4.4闭环脉冲传递函数 149
6.5采样系统分析 151
6.5.1采样系统的稳定性 151
6.5.2采样系统的稳态性能 153
6.5.3采样系统的动态性能 155
本章小结 158
习题 158
7状态空间分析设计 161
7.1状态空间的线性变换 161
7.1.1线性变换 161
7.1.2线性变换的不变性 162
7.1.3线性系统的规范化 163
7.2线性定常系统状态方程的解 168
7.2.1线性定常系统齐次方程的解 168
7.2.2状态转移矩阵的性质 169
7.2.3状态转移矩阵的求取 170
7.2.4非齐次状态方程的解 171
7.3线性连续系统的可控性与可观测性分析 172
7.3.1线性连续系统的可控性与可观测性的概念 172
7.3.2线性连续系统的可控性判据 173
7.3.3线性定常连续系统的可观测性判据 175
7.3.4通过线性变换将单输入系统化为可控标准型和可观测标准型 177
7.3.5对偶原理 180
7.3.6传递函数矩阵与可控性、可观测性的关系 180
7.4线性定常系统的状态反馈和极点配置 180
7.4.1状态反馈和输出反馈 180
7.4.2状态反馈进行极点的任意配置 182
本章小结 184
习题 184
参考文献 187