第1章 概述 1
1.1 引言 1
1.2 反馈控制系统的基本概念 5
1.3 方框图表示法和控制系统组成要素 6
1.4 自动控制系统的分类 6
1.5 控制系统性能分析 11
1.6 自动控制系统的性能要求 14
应用案例1：汽车自动巡航控制系统 15
重要术语1 15
习题1 16
第2章 控制系统的数学模型 17
2.1 引言 17
2.2 微分方程、传递函数和阶跃响应 17
2.3 机理分析建模方法 19
2.4 典型环节的数学模型 29
2.5 方框图等效转换和信号流图 43
2.6 状态空间模型及求解 52
2.7 状态空间模型的标准形 57
2.8 状态空间模型的标准形变换 65
2.9 实验建模方法 67
2.10 非线性系统的线性化方法 74
应用案例2：电站锅炉过热汽温过程模型 76
重要术语2 78
习题2 79
第3章 控制系统的时域分析 84
3.1 引言 84
3.2 时域性能指标 84
3.3 标准一阶系统的时域分析 87
3.4 标准二阶系统的时域分析 90
3.5 高阶系统的动态响应及简化分析 100
3.6 零极点分布对系统动态响应的影响 103
3.7 控制系统的稳定性与代数判据 106
3.8 控制系统的稳态误差分析及误差系数 118
3.9 李亚普诺夫稳定性分析 126
3.10 控制系统的鲁棒性分析 131
应用案例3：电站锅炉过热汽温控制系统性能指标及稳定性分析 134
重要术语3 135
习题3 136
第4章 控制系统设计导论及时域设计 139
4.1 引言 139
4.2 系统结构设计 141
4.3 控制规律选择 143
4.4 控制器参数整定 146
4.5 串级控制系统 149
4.6 多闭环控制系统 150
4.7 比值控制系统 152
4.8 前馈控制系统 153
4.9 解耦控制系统 157
4.10 迟延补偿控制系统 159
4.11 标准传递函数控制器设计 160
应用案例4：电站锅炉过热汽温PID控制系统 164
重要术语4 166
习题4 167
第5章 控制系统的根轨迹分析与设计 168
5.1 引言 168
5.2 根轨迹的基本概念 168
5.3 绘制根轨迹图的规则和方法 172
5.4 开环零极点对根轨迹的影响 185
5.5 控制系统根轨迹图分析 188
5.6 控制系统的根轨迹设计 189
5.7 参变量根轨迹族 196
5.8 零度根轨迹 198
应用案例5：电站锅炉水位控制系统根轨迹法分析与设计 201
重要术语5 203
习题5 203
第6章 控制系统的频域分析与设计 205
6.1 引言 205
6.2 频率特性的基本概念 205
6.3 频率特性的极坐标图 206
6.4 频率特性的对数坐标图 213
6.5 控制系统的奈氏图分析 221
6.6 控制系统的伯德图分析 231
6.7 闭环系统频率特性分析 237
6.8 控制系统的频域设计 243
应用案例6：电站锅炉水位控制系统频域法分析与设计 253
重要术语6 255
习题6 255
第7章 离散控制系统的分析与设计 259
7.1 引言 259
7.2 连续信号的采样和复现 260
7.3 离散控制系统的数学模型 263
7.4 离散控制系统的性能分析 271
7.5 离散控制系统的设计 279
应用案例7：电站锅炉过热汽温数字PID控制系统 295
重要术语7 297
习题7 297
第8章 控制系统的状态空间分析与设计 300
8.1 引言 300
8.2 离散状态方程及时域解 300
8.3 连续状态方程转换为离散状态方程 302
8.4 状态转移矩阵的计算 302
8.5 系统的稳定性、能控性和能观性分析 306
8.6 线性定常系统的结构分解 313
8.7 闭环控制系统的状态空间分析 316
8.8 用极点配置法设计状态控制器 320
8.9 用极点配置法设计状态观测器 324
8.10 最优控制概论 328
应用案例8：电站锅炉过热汽温状态反馈控制系统 331
重要术语8 333
习题8 334
第9章 非线性控制系统的分析与设计 336
9.1 引言 336
9.2 非线性控制系统的描述函数分析 342
9.3 非线性控制系统的相平面分析 353
9.4 非线性控制系统设计 367
应用案例9：检定炉炉温PID控制参数自整定系统 370
重要术语9 372
习题9 372
附录 375
附录1 拉普拉斯变换表及定理 375
附录2 用拉氏变换求解微分方程 377
附录3 Z变换表及定理 379
附录4 Z反变换解算 381
附录5 典型系统的根轨迹图 383
附录6 一些常用数学运算公式 384
附录7 习题参考答案 386
参考文献 408