第1章 绪论 1
1.1引言 1
1.2控制理论的发展历史 2
1.3控制系统的基本概念 4
控制系统的基本构成 4
控制系统的分类 7
控制系统的质量指标 11
1.4机电控制系统实例 11
1.5 MATLAB基础 14
MATLAB简介 14
MATLAB主要特点 15
习题 15
第2章 控制系统的时域模型 19
2.1物理系统的微分方程 19
2.2小偏差线性化 22
问题的提出 22
线性化 23
2.3状态与状态方程 25
状态与状态变量 25
状态方程 26
2.4机械系统数学模型的建立 27
机械平移系统 28
机械转动系统 29
机械传动系统 32
2.5其他系统建模 34
2.6小结 36
习题 37
第3章 控制系统的复数域描述 42
3.1拉氏变换 42
拉氏变换的定义 42
拉氏变换的性质 43
拉氏逆变换 47
拉氏变换的应用 49
MATLAB求解拉氏变换与拉氏逆变换 50
3.2传递函数 51
传递函数的基本概念 52
关于传递函数的几点说明 52
传递函数阵 53
3.3动态结构图 56
动态结构图的基本元素 56
动态结构图的化简 58
3.4信号流图 64
信号流图的基本元素 64
动态结构图与信号流图之间的转换 65
梅森公式 66
基于MATLAB的结构图变换仿真 68
3.5典型环节与控制系统的传递函数 71
典型环节 71
控制系统的传递函数 72
3.6机电控制系统中的传感器与直流电动机 73
传感器与编码器 74
执行电动机 77
3.7实例分析 78
3.8小结 82
习题 82
第4章 控制系统的时域响应 89
4.1时域响应的性能指标 89
典型测试信号 89
时域性能指标 91
4.2一阶系统分析 92
单位阶跃响应分析 94
单位斜坡响应分析 95
单位脉冲响应分析 95
特征根的分布与响应形式之间的关系 96
4.3二阶系统分析 98
单位阶跃响应 99
单位阶跃响应的性能指标 101
单位斜坡响应 103
特征根分布与响应形式之间的关系 104
4.4增加零、极点对系统动态过程的影响 107
单位反馈系统增加前向通路极点 107
单位反馈系统增加前向通路零点 109
闭环系统增加极点 110
闭环系统增加零点 111
4.5高阶系统近似 113
4.6状态空间模型的时域响应分析 115
4.7 MATLAB环境下时域响应分析 117
4.8稳定性分析 124
稳定性概念 125
代数稳定判据 128
相对稳定性 132
4.9实例分析 133
4.10小结 139
习题 140
第5章 反馈控制系统的性能 144
5.1稳态误差 144
非线性与误差 144
误差的基本概念 144
典型输入信号作用下的稳态误差 147
稳态误差与闭环传递函数之间的关系 150
5.2反馈与参数鲁棒性 152
参数灵敏度 152
反馈控制系统中的干扰信号 154
反馈的副作用 157
5.3指标函数与最优系统 157
时域法 158
频域法 159
5.4实例分析 161
5.5小结 168
习题 168
第6章 根轨迹分析 172
6.1基本概念 172
根轨迹 172
根轨迹方程 173
6.2根轨迹绘制法则 174
6.3根轨迹绘制举例 181
6.4其他形式的根轨迹 185
正反馈系统的根轨迹 185
非最小相位系统的根轨迹 187
参数根轨迹 189
6.5根轨迹分析 190
6.6 MATLAB环境下根轨迹的绘制 197
6.7实例分析 198
6.8小结 205
习题 206
第7章 频域分析法 210
7.1频率特性的概念 210
频率特性的物理意义 210
频率特性的数学意义 212
频率特性的表示方法 213
频率特性的性能指标 214
7.2典型环节的频率特性 215
比例环节 215
积分环节 215
微分环节 216
惯性环节 217
一阶微分环节 219
二阶振荡环节 219
二阶微分环节 221
一阶不稳定环节 222
延迟环节 223
7.3控制系统的开环频率特性 224
开环幅相特性 225
开环对数频率特性 228
7.4频率特性的测试方法 232
7.5频域稳定性判据 236
米哈伊洛夫定理 236
奈奎斯特稳定性判据 237
关于原点处极点或零点的处理 240
稳定性判据的对数形式 242
条件稳定系统 245
多回路系统 245
7.6稳定裕度 247
7.7系统频域响应与时域响应的关系 251
典型二阶系统时域响应与频域响应的关系 251
一般系统时域响应与频域响应之间的关系 253
开环频率特性与闭环频率特性之间的关系 255
7.8基于MATLAB的频域分析 258
7.9实例分析 260
7.10小结 266
习题 267
第8章 控制系统设计 271
8.1性能指标与设计方法 271
8.2校正方式 272
8.3串联校正网络 274
超前校正网络 274
滞后校正网络 275
滞后-超前校正网络 276
8.4超前校正网络设计 277
超前校正网络的频域设计 277
超前校正网络的根轨迹设计 281
8.5滞后校正网络设计 283
滞后校正网络的频域设计 283
滞后校正网络的根轨迹设计 286
8.6实例分析 289
8.7小结 297
习题 297
第9章 状态空间法基础 301
9.1引论 301
9.2状态空间表达式的建立 302
由结构图模型建立状态空间表达式 302
由传递函数模型建立状态空间表达式 305
9.3状态变换 311
状态向量的非唯一性及特征值不变性 311
常用标准型 312
MATLAB下建立状态空间模型 316
9.4系统能控性和能观性 317
能控性 318
能观性 320
单输入系统的能控标准型和能观标准型 323
系统能控性与能观性的对偶原理 326
基于MATLAB的能控性与能观性分析 326
9.5李雅普诺夫稳定性与判别方法 330
李雅普诺夫的稳定性定义 330
李雅普诺夫的稳定性判据 332
线性定常系统的李雅普诺夫稳定性分析 333
基于MATLAB的李雅普诺夫稳定性分析 334
9.6线性定常系统的设计与综合 335
状态反馈实现极点配置 335
最优控制系统的设计 342
状态观测器及其应用 346
9.7实例分析 349
9.8小结 352
习题 353
第10章 线性离散系统分析 357
10.1引论 357
10.2信号的采样与复现 358
采样过程与采样定理 358
信号保持 360
A／D转换器和D／A转换器 361
10.3z变换理论 362
差分与差分方程 362
z变换的定义 363
z变换的方法 363
z变换的性质 366
z逆变换 367
10.4脉冲传递函数 369
离散系统的数学定义 370
脉冲传递函数 370
10.5离散系统响应的求解 376
z变换方法求解差分方程 376
利用MATLAB求解离散响应 377
10.6线性定常离散系统的分析 379
线性离散系统的稳定性 379
离散系统稳态误差 383
离散系统动态特性分析 385
用LTI Viewer对离散控制系统进行系统分析 390
10.7实例分析 392
10.8小结 396
习题 397
参考文献 401