目 录 1
第一章绪论 1
§1-1 自动控制和自动控制系统 1
§1-2自动控制系统的传递方块图 2
§1-3 自动控制系统的分类 3
一、开环控制系统与闭环控制系统 3
二、定值、随动和程序控制系统 4
三、线性与非线性控制系统 5
四、连续与离散控制系统 5
五、单变量与多变量控制系统 6
§1-4自动控制系统的性能指标 7
习题 8
第二章系统的数学模型 10
§2-1系统的微分方程 10
一、系统微分方程式的建立 10
二、非线性特性的线性化 12
三、无量纲化运动方程式 13
四、典型系统微分方程的列写 14
§2-2瞬态响应函数 19
一、脉冲响应函数 19
二、阶跃响应函数 21
§2-3拉氏变换和传递函数 22
一、拉氏变换 22
§9-8最优控制 25
二、传递函数 26
一、比例环节 28
二、惯性环节 28
§2-4典型环节及其传递函数 28
三、积分环节 29
四、微分环节 30
五、振荡环节 31
六、延迟环节 35
一、环节的三种基本连接 37
§2-5系统的方块图和传递函数 37
二、方块图的等效变换和简化 39
§2-6 电网络及仪表部件的传递 45
函数 45
一、无源电网络 45
二、运算放大器电路 48
三、控制系统用电机 50
四、齿轮系 53
五、差动变压器式压力传感器 54
§2-7信号流图 55
一、信号流图及其性质 55
二、系统方块图与信号流图的关系 57
三、信号流图的简化规则 58
四、梅逊增益公式 58
习题 62
一、稳定性的基本概念 70
§3-1控制系统的稳定性 70
第三章时域分析法 70
二、线性系统的稳定性 71
三、判别系统稳定性的代数判据 73
四、代数判据的应用 78
§3-2控制系统的稳态误差 82
一、稳态误差和误差传递函数 82
二、参考输入下的稳态误差 84
三、扰动输入引起的稳态误差 87
五、降低稳态误差的方法 89
四、系统本身特性变化引起的稳态输出变化 89
§3-3控制系统的瞬态响应分析 90
一、自动控制系统瞬态响应性能指 90
标 90
二、二阶系统瞬态响应性能指标 92
三、二阶系统的脉冲响应 97
四、三阶系统的单位阶跃响应 98
五、高阶系统的瞬态响应分析 99
设计 100
§3-4自动控制系统的计算机辅助 100
一、模拟计算机在控制系统研究中的应用 101
二、数字计算机在控制系统研究中的应用 104
习题 114
第四章根轨迹法 120
§4-1 根轨迹的基本概念及绘制条件 120
§4-2绘制根轨迹的基本规则 122
一、根轨迹的分支数和对称性 123
二、根轨迹的起点和终点 123
三、实轴上的根轨迹 124
四、根轨迹的渐近线 125
五、根轨迹与实轴的交点 127
六、根轨迹的出射角和入射角 131
七、根轨迹与虚轴的交点 132
九、放大系数的求取 133
八、根轨迹的发散性 133
一、控制系统的根轨迹分析法 138
§4-3控制系统的根轨迹分析 138
二、开环零点对系统根轨迹的影响 140
三、开环极点对系统根轨迹的影响 142
四、偶极子对系统性能的影响 142
§4-4具有纯延迟系统的根轨迹分析 145
一、延迟系统的根轨迹方程 145
二、延迟系统的根轨迹绘制和分析 149
§4-5广义根轨迹 151
一、开环零点变化时的根轨迹 151
二、开环极点变化时的根轨迹 152
三、零度根轨迹 153
§4-6绘制根轨迹的计算机方法 156
一、分支跟随法的算法要点 156
图 160
二、分支跟随法绘制根轨迹程序框 160
习题 162
第五章频率特性法 167
§5-1 频率特性及其与传递函数的关系 167
一、频率特性的基本概念 167
二、频率特性与传递函数的关系 169
§5-2幅相频率特性 170
一、典型环节的幅相频率特性 170
二、开环系统的幅相频率特性 176
§5-3对数频率特性 180
一、对数频率特性 180
二、典型环节的对数频率特性 182
三、开环系统的对数频率特性 187
§5-4 最小相位系统和非最小相位系 189
统 189
一、奈魁斯特稳定判据 190
§5-5控制系统稳定性的频率判据 190
二、奈氏判据的数学证明 193
三、奈氏判据的应用 197
四、利用对数频率特性分析系统的稳定性 201
五、多回路系统的稳定性分析 203
六、稳定裕量 203
§5-6控制系统性能指标的估算 204
一、二阶系统频率特性与其时间响应过程的关系 205
二、闭环系统的频率特性和尼柯尔斯（Nichols）图 206
三、高阶系统性能指标的估算 209
四、开环频率特性与闭环系统性能指标的关系 210
§5-7用计算机求取控制系统的频率特性和稳定裕量 213
一、开环系统频率特性的计算 213
二、控制系统增益裕量和相角裕量的计算 217
习题 219
§6-1综合校正的基本概念 225
正 225
第六章 自动控制系统的综合与校 225
§6-2串接超前校正 226
一、超前网络 226
二、基于根轨迹法的超前校正综合 228
三、基于频率特性法的超前校正综 232
合 232
§6-3串接滞后校正 235
一、滞后网络 235
二、基于根轨迹法的滞后校正综合 236
合 238
三、基于频率特性法的滞后校正综 238
§6-4串接滞后－超前校正 241
一、滞后－超前校正网络 241
二、基于根轨迹法的滞后－超前校 242
正综合 242
三、基于频率特性法的滞后－超前 245
校正综合 245
§6-5零极点相消校正 248
一、零极点相消校正的原理 248
二、实现复数零极点的T桥网络 250
三、零极点相消校正实例 251
§6-6希望对数幅频特性法串接校 253
正 253
§6-7局部反馈校正 256
一、局部反馈校正的综合方法 257
二、速度或测速发电机反馈校正 259
§6-8控制系统校正的计算机辅助设 261
计 261
一、校正装置零极点的确定 261
二、校正装置结构形式的确定 263
三、系统设计的计算机程序 263
四、应用举例 266
习题 267
一、非线性系统的特殊现象 274
第七章非线性控制系统的分析方 274
法 274
§7-1 控制系统中的非线性 274
二、研究非线性控制系统的一般方 277
法 277
§7-2典型非线性特性及其对控制系 278
统的影响 278
一、饱和特性 278
二、死区（不灵敏区）特性 280
三、滞环特性 281
四、库仑摩擦和静摩擦特性 282
五、继电器特性 283
§7-3非线性特性的描述函数 283
一、描述函数的基本概念 283
二、典型非线性特性的描述函数 285
§7-4非线性系统的描述函数分析 293
一、非线性系统的稳定性分析 293
二、非线性系统极限环的消除 298
一、相平面法的基本概念 300
§7-5相平面法及相平面图 300
二、相平面图的绘制方法 301
三、相平面图的特性 305
§7-6非线性系统的相平面分析 312
一、线性系统瞬态响应分析 312
二、非线性系统的相平面分析 313
三、双位控制系统的相平面分析 318
§7-7分段线性化数字计算机仿真 321
一、分段线性化仿真的基本原理 321
二、继电控制系统的仿真算法 322
三、仿真算法的程序实现 324
习题 326
一、采样系统实例 330
第八章采样系统与z变换法 330
§8-1信号的采样和保持 330
二、信号的采样和保持 332
一、z变换的定义 337
§8-2 z变换 337
二、z变换的基本定理 340
三、改进z变换 346
四、z反变换 348
§8-3采样系统的数学模型 350
一、差分方程 350
二、差分方程的求解 353
三、脉冲传递函数 355
§8-4采样系统的分析 362
一、采样系统的过渡过程 362
二、采样系统的稳定性 365
一、根轨迹法和频率特性法提要 371
二、采样系统的校正 371
§8-5采样系统的设计校正 371
§8-6采样控制系统的计算机仿真 377
一、系统采样时刻值的仿真 377
二、采样时刻之间值的仿真 378
三、改进z变换仿真方法的程序实现 380
习题 382
第九章状态空间分析法 386
§9-1状态变量和状态空间表达式 386
一、状态空间表达式的建立 386
二、多变量系统和传递函数阵 386
三、状态空间表达式与传递函数阵 390
§9-2状态空间表达式的建立 391
一、由系统运动规律建立状态空间表 391
达式 391
间表达式 392
二、由系统的结构方块图建立状态空 392
三、由系统的高阶微分方程建立状态空间表达式 393
§9-3线性系统状态方程的解 398
一、线性定常系统齐次状态方程的解 398
二、线性定常系统的状态转移阵 399
三、线性系统非齐次方程的解 400
§9-4离散时间系统的状态空间表达 401
式 401
一、离散时间系统的状态空间表达式 401
的建立 401
二、离散时间系统状态方程的解 402
三、连续时间系统的离散化 404
§9-5李雅普诺夫稳定性分析 405
一、李雅普诺夫意义下的稳定性 405
二、李雅普诺夫函数及其性质 407
三、李雅普诺夫稳定性理论 408
四、线性系统的李雅普诺夫稳定性分 409
析 409
§9-6线性系统的能控性和能观性 410
一、能控性 410
二、能观性 415
§9-7线性系统状态空间的综合方 418
法 418
一、子系统联接方式 418
二、解耦控制 421
三、极点配置 423
一、最优控制的概念 425
二、系统参数最优化问题 426
三、最优状态反馈控制 428
习题 430
参考文献 432