第1章 绪论 1
1.1自动控制的基本概念 1
1.1.1人工控制与自动控制 1
1.1.2控制系统框图 2
1.1.3开环控制与闭环控制 3
1.1.4自动控制系统的应用实例 3
1.2自动控制系统的组成 6
1.2.1基本组成部分 6
1.2.2常用的名词术语 7
1.3自动控制系统的分类 7
1.4自动控制理论概要 8
1.4.1自动控制理论的发展 8
1.4.2对自动控制系统的基本要求 9
1.4.3本书内容 10
1.5小结 11
1.6习题 11
第2章 自动控制系统的数学模型 14
2.1控制系统数学模型的概念 14
2.1.1建立数学模型的方法 14
2.1.2数学模型的类型 14
2.2控制系统的微分方程 15
2.2.1线性系统微分方程的建立 15
2.2.2微分方程的增量化表示 18
2.2.3线性系统的重要特征 19
2.2.4非线性微分方程的线性化 20
2.3控制系统的传递函数 21
2.3.1传递函数的概念 21
2.3.2关于传递函数的几点说明 23
2.3.3典型环节及其传递函数 25
2.4控制系统的结构图 28
2.4.1结构图的概念 29
2.4.2结构图的组成和建立 29
2.4.3结构图的等效变换和简化 30
2.4.4典型闭环控制系统的结构图及其传递函数 36
2.5信号流图 38
2.5.1信号流图的概念 38
2.5.2梅逊公式 40
2.6小结 41
2.7习题 42
第3章 自动控制系统的时域分析法 45
3.1系统稳定性分析 45
3.1.1线性系统稳定的概念和稳定的充要条件 45
3.1.2劳斯（Routh）稳定判据 47
3.2时域分析法基础 53
3.2.1典型输入信号 53
3.2.2瞬态响应和稳态响应 54
3.2.3阶跃响应性能指标 55
3.3一阶系统的动态性能 56
3.4二阶系统的动态性能 57
3.4.1典型二阶系统的动态性能 57
3.4.2具有零点的二阶系统分析 66
3.5高阶系统的动态性能 69
3.6稳态误差分析 70
3.6.1稳态误差的定义 71
3.6.2控制系统的型别 72
3.6.3给定输入作用下系统的稳态误差 72
3.6.4扰动输入作用下系统的稳态误差 76
3.6.5降低稳态误差的方法 78
3.7PID基本控制规律的分析 80
3.8利用MATLAB进行时域分析 82
3.8.1传递函数模型的MATLAB表示 83
3.8.2用MATLAB求控制系统的单位阶跃响应 85
3.8.3利用MATLAB辅助分析控制系统的稳定性 85
3.9小结 86
3.10习题 87
第4章 根轨迹分析法 91
4.1根轨迹的基本概念 91
4.1.1根轨迹的概念 91
4.1.2幅值条件和相角条件 93
4.2绘制根轨迹的基本法则 95
4.3参量根轨迹和根轨迹簇 108
4.3.1参量根轨迹 108
4.3.2根轨迹簇 110
4.4零度根轨迹 111
4.5延迟系统的根轨迹 114
4.5.1延迟系统根轨迹方程的幅值条件和相角条件 114
4.5.2绘制延迟系统的根轨迹 115
4.6根轨迹法分析系统的性能 118
4.7增加开环零极点对根轨迹的影响 123
4.7.1增加开环零点对根轨迹的影响 123
4.7.2增加开环极点对根轨迹的影响 123
4.7.3增加开环偶极子对根轨迹的影响 123
4.8利用MATLAB绘制根轨迹图 126
4.9小结 127
4.10习题 127
第5章 频率特性分析法 131
5.1频率特性的基本概念 131
5.1.1频率特性的定义 131
5.1.2频率特性和传递函数的关系 133
5.2频率特性的图示方法 134
5.2.1幅相频率特性曲线 134
5.2.2对数频率特性曲线 134
5.2.3对数幅相特性曲线 135
5.3典型环节的频率特性 136
5.4系统的开环频率特性 144
5.4.1系统开环幅相频率特性的绘制 144
5.4.2系统开环对数频率特性的绘制 147
5.4.3最小相位系统与非最小相位系统 149
5.5奈奎斯特稳定判据 150
5.5.1幅角定理 150
5.5.2奈奎斯特判据 152
5.5.3奈奎斯特判据在Ⅰ型和Ⅱ型系统中的应用 153
5.5.4在伯德图上判别闭环系统的稳定性 158
5.5.5多回路系统的稳定性分析 159
5.6相对稳定性 160
5.7利用开环频率特性分析系统的性能 164
5.8利用闭环频率特性分析系统的性能 167
5.8.1用向量法求闭环频率特性 167
5.8.2利用闭环幅频特性分析和估算系统的性能 168
5.9利用MATLAB绘制频率特性曲线图 170
5.9.1利用MATLAB绘制奈奎斯特图 170
5.9.2利用MATLAB绘制伯德图 171
5.9.3利用MATLAB分析相对稳定性 171
5.10小结 172
5.11习题 173
第6章 自动控制系统的校正 177
6.1控制系统校正的基本概念 177
6.1.1校正方式 177
6.1.2性能指标 178
6.1.3设计方法 179
6.2校正装置及其特性 179
6.3串联校正的设计 187
6.3.1串联校正的频率法设计 187
6.3.2串联校正的根轨迹法设计 194
6.3.3串联校正的期望对数频率特性设计法 201
6.4反馈校正的设计 204
6.5复合控制校正 207
6.6小结 208
6.7习题 209
第7章 线性离散控制系统的分析 212
7.1线性离散控制系统的概念 212
7.2采样过程和采样定理 213
7.2.1采样过程 213
7.2.2采样定理 214
7.2.3信号复现与零阶保持器 216
7.3z变换 217
7.3.1z变换的定义 218
7.3.2z变换的求法 218
7.3.3z变换的基本定理 221
7.3.4z反变换 224
7.4离散控制系统的数学模型 226
7.4.1差分方程 226
7.4.2脉冲传递函数 228
7.5离散控制系统的稳定性分析 233
7.5.1s平面与z平面的映射关系 233
7.5.2离散控制系统稳定的充要条件 234
7.5.3离散控制系统的劳斯稳定判据 235
7.6离散控制系统的稳态误差分析 237
7.7离散控制系统的动态性能分析 240
7.7.1离散控制系统闭环极点分布和暂态响应的关系 241
7.7.2离散控制系统动态性能的估算 244
7.8离散控制系统的校正 246
7.8.1离散控制系统校正的特点 246
7.8.2校正装置的具体设计方法 246
7.8.3最少拍系统设计 248
7.9小结 254
7.10习题 254
第8章 非线性控制系统的分析 257
8.1非线性控制系统概述 257
8.1.1非线性现象的普遍性 257
8.1.2控制系统中的典型非线性特性 257
8.1.3非线性控制系统的特殊性 259
8.1.4非线性控制系统的分析方法 260
8.2相平面法 260
8.2.1相平面的基本概念 261
8.2.2构造相平面图 263
8.2.3由相平面图确定时间 266
8.2.4线性系统的相平面分析 267
8.2.5非线性系统的相平面分析 268
8.3描述函数法 270
8.3.1描述函数的基本概念 270
8.3.2典型非线性特性的描述函数 275
8.3.3用描述函数法分析非线性系统的稳定性 278
8.4小结 283
8.5习题 283
附录 常用函数z变换表 286
参考文献 288