第一章 绪论 1
1-1 自动控制和自动控制系统 1
一、自动控制和自动控制系统 1
二、开环控制系统与闭环控制系统 2
1-2 自动控制系统的类型 4
一、线性系统与非线性系统 5
二、连续系统与离散系统 7
三、确定系统与不确定系统 8
四、单输入单输出系统与多输入多输出系统 9
1-3 对自动控制系统的要求 10
一、对系统的要求 10
二、典型输入信号 10
三、系统的性能指标 13
1-4 本课程的基本任务 15
习题 16
参考资料 17
第二章 系统的数学模型 18
2-1 数学模型 18
2-2 系统微分方程式的建立 19
2-3 线性化 28
一、非线性数学模型的线性化 29
二、反馈控制系统线性化微分方程式的建立 35
2-4 传递函数 37
一、定义 37
二、零点、极点和传递系数 38
2-5 典型环节及其传递函数 41
一、比例环节 41
二、惯性环节 41
三、积分环节 42
四、微分环节 43
五、振荡环节 45
六、延滞环节 45
2-6 系统的结构图和传递函数 47
一、系统的结构图 47
二、环节连接组合的基本形式 48
三、结构图的变换和简化 49
2-7 多输入多输出系统的结构图和传递矩阵 52
一、传递矩阵 52
二、闭环系统的传递矩阵 55
2-8 信号流图 55
一、信号流图及其构作 55
二、几个定义 57
三、信号流图的简化法则 58
四、梅逊增益公式 61
五、已知系统结构图时，梅逊公式的应用 64
2-9 状态变量表达式 66
一、状态变量表达式及其建立 66
二、举例 70
三、状态变量的非唯一性 72
2-10 状态变量表达式和传递函数（或矩阵） 74
一、由状态变量表达式求传递矩阵 74
二、传递矩阵的不变性 75
三、两个系统联接后的状态变量表达式和传递矩阵 76
2-11 由传递函数求状态变量表达式 78
一、单输入单输出系统传递函数的实现 78
二、多输入多输出系统传递矩阵的实现 81
习题 83
参考资料 86
第三章 系统分析 87
3-1 稳态误差 87
一、稳态误差 87
二、稳态误差计算 88
三、主扰动输入引起的稳态误差 91
四、系统静特性变化引起的误差 92
五、关于降低稳态误差问题 92
3-2 稳定性 95
一、稳定性的基本概念 95
二、略普诺夫对稳定性的定义 96
三、线性系统的稳定性 97
四、实际系统按线性化模型判别稳定性问题——略普诺夫第一法 98
五、判别系统稳定性的基本方法 100
3-3 劳斯-赫尔维茨判据 100
一、系统稳定性的初步鉴别 100
二、劳斯判据 101
三、稳定裕量的检验 104
四、应用劳斯判据分析系统参数对稳定性的影响 105
五、应用劳斯判据鉴别延滞系统的稳定性 106
六、赫尔维茨判据 107
3-4 瞬态质量 110
3-5 二阶系统的瞬态质量分析 111
一、二阶系统的阶跃响应 112
二、二阶系统的瞬态响应性能指标 114
三、二阶系统的脉冲响应 117
四、线性定常系统的重要特性 117
五、二阶系统的稳态误差、瞬态性能各指标之间的矛盾 119
3-6 高阶系统的瞬态质量分析 120
一、高阶系统的阶跃响应 120
二、高阶系统的近似分析 121
3-7 卷积分 121
一、卷积分 121
二、卷积分的简单性质 123
3-8 系统的模拟技术 125
一、模拟的含意 125
二、模拟的使用方式 126
三、模拟的类别 126
3-9 电子模拟计算机及其在控制系统研究中的应用 127
一、电子模拟计算机 127
二、电子模拟计算机在控制系统研究中的应用 128
3-10 应用数字计算机求解 135
习题 138
参考资料 140
第四章 根轨迹法 142
4-1 概述 142
4-2 绘制根轨迹的基本条件 142
4-3 以K1为参变量的根轨迹的绘制 145
4-4 以非K1为参变量的根轨迹的绘制 165
4-5 增加开环零、极点对根轨迹的影响 167
一、增加零点的影响 167
二、增加极点的影响 169
4-6 几个参变量的根轨迹族 171
4-7 用计算机绘根轨迹图 173
习题 177
参考资料 179
第五章 频率法 180
5-1 概述 180
5-2 频率特性 180
5-3 用频率特性确定系统在非谐波函数作用下的时间响应 184
5-4 频率特性图示法（一）一极坐标图 189
一、典型环节频率特性的极坐标图 189
二、开环系统的极坐标图 194
5-5 控制系统的极坐标图与稳定性 196
一、奈魁斯特稳定判据 196
二、带有延滞环节的线性系统的稳定性 206
三、稳定裕量 207
四、G（s）H（s）的附加极点和零点对奈氏曲线形状的影响 209
五、奈氏判据在多环系统中的应用 212
5-6 频率特性图示法（二）—对数坐标图 214
一、对数坐标图 214
二、典型环节的对数幅频特性与对数相频特性 215
三、开环系统的对数坐标图 223
四、最小相位系统 228
5-7 控制系统的对数坐标图与稳态误差 230
一、0型系统 230
二、1型系统 231
三、2型系统 232
5-8 对数坐标图与系统稳定性 232
5-9 对数坐标图与瞬态响应 234
一、对数幅频特性曲线中频段（幅值穿越频率附近）的斜率与瞬态响应的关系 234
二、对数幅频特性曲线的参数与瞬态响应的关系 236
5-10 频率特性与瞬态响应 245
一、二阶系统的时域性能指标与阻尼比的关系 246
二、二阶系统的频域性能指标与阻尼比的关系 246
5-11 闭环幅频特性的求法：等M圆（极坐标图）及尼氏图线 250
一、等M圆 250
二、应用等M圆确定Mp、ωr和ωb 252
三、应用等M圆确定相角裕量 253
四、开环频率特性的对数幅-相图 254
五、尼柯尔斯图线 255
六、应用尼氏图线确定非单位反馈系统的Mp 258
5-12 传递系数的调整 259
习题 260
参考资料 264
第六章 状态空间法 266
6-1 概述 266
6-2 线性系统齐次状态方程的解法—转移矩阵的求法 267
一、状态转移矩阵 267
二、状态转移矩阵的求法 268
6-3 状态转移矩阵的性质 288
6-4 线性系统非齐次状态方程的解法 289
一、线性系统非齐次状态方程的解法 289
二、伴随方程 292
6-5 关于应用计算机解状态方程问题 294
6-6 系统的脉冲响应 299
一、脉冲响应 299
二、脉冲响应的不变性 299
6-7 能控性和能观测性问题 300
一、能控性 300
二、能观测性 307
三、能控性、能观测性和传递函数的关系 312
四、系统的分解 314
五、能控性和能观测性之间的关系 315
6-8 状态变量表达式变换成能控或能观测标准形问题 316
一、变换成能控标准形 316
二、变换成能观测标准形 320
6-9 系统的稳定性 322
一、按系统矩阵A分析线性定常系统的稳定性 322
二、略普诺夫第二法—直接法 323
习题 326
参考资料 330