第1章 绪论 1
1.1 开环控制和闭环控制 2
1.1.1 开环控制 2
1.1.2 闭环控制（反馈控制） 2
1.2 自动控制系统的组成及术语 3
1.3 自动控制系统的类型 4
1.3.1 按信号流向划分 4
1.3.2 按系统输入信号划分 4
1.3.3 线性系统和非线性系统 5
1.3.4 定常系统和时变系统 5
1.3.5 连续系统和离散系统 5
1.3.6 单输入单输出系统与多输入多输出系统 5
1.4 自动控制系统性能的基本要求 5
1.5 自动控制课程的主要任务 6
1.5.1 阶跃函数 6
1.5.2 斜坡函数（等速度函数） 7
1.5.3 抛物线函数（等加速度函数） 7
1.5.4 脉冲函数 7
1.5.5 正弦函数 8
1.6 自动控制系统实例 8
1.6.1 造纸机分部传动控制系统 8
1.6.2 谷物湿度控制系统 8
1.6.3 烘烤炉温度控制系统 9
本章小结 9
本章典型题、考研题详解及习题 9
第2章 线性系统的数学模型 12
2.1 线性系统的微分方程 12
2.2 微分方程的线性化 15
2.3 传递函数 17
2.3.1 传递函数的概念 17
2.3.2 传递函数的特点 18
2.3.3 典型环节的传递函数 19
2.4 方框图 23
2.4.1 方框图概述 23
2.4.2 系统方框图的构成 24
2.4.3 环节间的连接 26
2.4.4 方框图的变换和简化 27
2.5 信号流图 30
2.5.1 信号流图的定义 30
2.5.2 系统的信号流图 30
2.5.3 信号流图的定义和术语 31
2.5.4 信号流图的性质及简化 32
2.5.5 信号流图的增益公式 32
2.6 MATLAB/Simulink中数学模型的表示 35
2.6.1 传递函数 36
2.6.2 传递函数的特征根及零、极点图 36
2.6.3 控制系统的方框图模型 38
2.6.4 控制系统的零、极点模型 39
2.6.5 状态空间表达式 39
本章小结 40
本章典型题、考研题详解及习题 41
第3章 控制系统的时域分析 52
3.1 线性定常系统的时域响应 52
3.2 控制系统时域响应的性能指标 53
3.2.1 稳态性能指标 53
3.2.2 动态性能指标 53
3.3 线性定常系统的稳定性 54
3.3.1 稳定性的概念 54
3.3.2 线性定常系统稳定的充分必要条件 54
3.3.3 劳斯判据（Routh判据） 56
3.3.4 赫尔维茨判据（Hurwitz判据） 59
3.3.5 系统参数对稳定性的影响 60
3.3.6 相对稳定性和稳定裕量 61
3.4 系统的稳态误差 62
3.4.1 误差及稳态误差的定义 62
3.4.2 稳态误差分析 63
3.4.3 稳态误差的计算 64
3.4.4 应用静态误差系数计算给定信号作用下的稳态误差 65
3.4.5 扰动信号作用下的稳态误差与系统结构的关系 68
3.4.6 改善系统稳态精度的途径 68
3.4.7 系统的动态误差系数 69
3.5 一阶系统的时域响应 70
3.5.1 数学模型 70
3.5.2 单位阶跃响应 70
3.5.3 性能指标 71
3.5.4 一阶系统的单位脉冲响应 71
3.6 二阶系统的时域响应 71
3.6.1 二阶系统的数学模型 71
3.6.2 二阶系统的单位阶跃响应 72
3.6.3 二阶系统的单位脉冲响应 76
3.7 高阶系统的瞬态响应 78
3.7.1 高阶系统的瞬态响应 78
3.7.2 高阶系统的降阶 79
3.7.3 零、极点对阶跃响应的影响 80
3.8 用MATLAB/Simulink进行瞬态响应分析 82
3.8.1 单位脉冲响应 82
3.8.2 单位阶跃响应 82
3.8.3 斜坡响应 83
3.8.4 任意函数作用下系统的响应 84
3.8.5 由系统传递函数求系统的响应 85
3.8.6 系统阶跃响应的性能指标 86
3.8.7 Simulink建模与仿真 87
本章小结 91
本章典型题、考研题详解及习题 91
第4章 根轨迹法 101
4.1 根轨迹的基本概念 101
4.1.1 根轨迹 101
4.1.2 根轨迹的基本条件 102
4.2 绘制根轨迹的基本规则 103
4.3 根轨迹绘制举例 108
4.4 广义根轨迹 110
4.4.1 参数根轨迹 110
4.4.2 多参数根轨迹簇 112
4.4.3 正反馈系统的根轨迹（零度根轨迹） 112
4.5 根轨迹分析系统的性能 114
4.5.1 根轨迹确定系统的闭环极点 114
4.5.2 根轨迹分析系统的动态特性 115
4.5.3 开环零点对根轨迹的影响 117
4.5.4 开环极点对根轨迹的影响 118
4.6 MATLAB绘制系统的根轨迹 119
本章小结 122
本章典型题、考研题详解及习题 123
第5章 控制系统的频域分析 133
5.1 频率特性 133
5.1.1 频率特性概述 133
5.1.2 频率特性的求取 135
5.1.3 频域性能指标 136
5.2 典型环节的频率特性 136
5.2.1 概述 136
5.2.2 典型环节的频率特性 138
5.3 系统的开环频率特性 144
5.3.1 系统的开环对数频率特性 144
5.3.2 系统开环极坐标图（奈氏图） 148
5.3.3 最小相位和非最小相位系统 150
5.4 奈奎斯特稳定判据 152
5.4.1 映射定理 153
5.4.2 Nyquist轨迹及其映射 154
5.4.3 Nyquist稳定判据一 156
5.4.4 Nyquist稳定判据二 157
5.4.5 Nyquist对数稳定判据 158
5.5 控制系统的相对稳定性 159
5.5.1 增益裕量 160
5.5.2 相角裕量 161
5.5.3 用幅相频率特性曲线分析系统稳定性 163
5.6 闭环系统的频率特性 163
5.6.1 等M圆（等幅值轨迹） 164
5.6.2 等N圆（等相角轨迹） 164
5.6.3 利用等M圆和等N圆求单位反馈系统的闭环频率特性 165
5.6.4 非单位反馈系统的闭环频率特性 166
5.7 用频率特性分析系统品质 166
5.7.1 闭环频域性能指标与时域性能指标的关系 166
5.7.2 开环频率特性与时域响应的关系 168
5.8 MATLAB频域特性分析 170
5.8.1 Bode图 171
5.8.2 Nyquist图 171
5.8.3 Nichols图 174
本章小结 174
本章典型题、考研题详解及习题 175
第6章 控制系统的设计与校正 184
6.1 概述 184
6.1.1 系统的性能指标 184
6.1.2 系统的校正 186
6.2 线性系统的基本控制规律 187
6.2.1 比例（P）控制作用 188
6.2.2 比例-微分（PD）控制作用 188
6.2.3 积分（I）控制作用 190
6.2.4 比例-积分-微分（PID）控制作用 191
6.3 校正装置及其特性 193
6.3.1 无源超前校正装置 193
6.3.2 无源滞后校正装置 194
6.3.3 无源滞后超前校正装置 195
6.4 频率法进行串联校正 197
6.4.1 频率法的串联超前校正 197
6.4.2 频率法的串联滞后校正 199
6.4.3 频率法的串联滞后-超前校正 201
6.4.4 按期望特性对系统进行串联校正 204
6.5 反馈校正 206
6.5.1 比例负反馈校正 206
6.5.2 微分负反馈校正 206
6.5.3 反馈校正的设计 207
6.6 复合校正 209
6.6.1 反馈控制与前馈校正的复合控制 209
6.6.2 反馈控制与扰动补偿校正的复合控制 210
6.7 基于MATLAB和Simulink的线性控制系统设计 211
6.7.1 相位超前校正 211
6.7.2 相位滞后校正 212
6.7.3 Simulink下的系统设计和校正 213
本章小结 216
本章典型题、考研题详解及习题 216
第7章 非线性系统分析 227
7.1 非线性系统概述 227
7.1.1 非线性系统的特点 227
7.1.2 非线性系统的分析和设计方法 228
7.2 典型非线性特性 229
7.3 相平面分析法 231
7.3.1 相平面的基本概念 231
7.3.2 线性系统的相轨迹 232
7.3.3 二阶非线性系统的线性化 234
7.3.4 相轨迹图的绘制 236
7.3.5 由相轨迹图求时间 238
7.3.6 非线性系统的相平面分析 238
7.4 描述函数法 243
7.4.1 描述函数的定义 243
7.4.2 典型非线性环节的描述函数 244
7.4.3 非线性系统的简化 248
7.4.4 描述函数分析法 249
7.5 基于Simulink的非线性系统分析 252
7.5.1 非线性系统的特点 252
7.5.2 非线性系统的响应 253
7.5.3 非线性系统的相轨迹 253
本章小结 254
本章典型题、考研题详解及习题 255
第8章 采样控制系统 266
8.1 概述 266
8.2 采样过程与采样定理 268
8.3 采样信号保持器 270
8.3.1 零阶保持器 270
8.3.2 一阶保持器 271
8.4 Z变换 272
8.4.1 Z变换定义 272
8.4.2 Z变换方法 273
8.4.3 Z变换性质 275
8.4.4 Z反变换 276
8.5 采样系统的数学模型 278
8.5.1 线性定常差分方程 278
8.5.2 差分方程求解 279
8.5.3 脉冲传递函数（Z传递函数） 280
8.6 采样系统的稳定性分析 286
8.6.1 采样系统的稳定条件 286
8.6.2 劳斯稳定判据 286
8.6.3 朱利稳定判据 288
8.6.4 采样周期与开环增益对稳定性的影响 289
8.7 采样系统的稳态误差 291
8.7.1 单位阶跃输入时的稳态误差 291
8.7.2 单位斜坡输入时的稳态误差 291
8.7.3 单位加速度输入时的稳态误差 292
8.8 采样系统的暂态响应与脉冲传递函数零、极点分布的关系 292
8.9 采样系统的校正 295
8.9.1 数字控制器的脉冲传递函数 295
8.9.2 最少拍系统的脉冲传递函数 296
8.9.3 求取数字控制器的脉冲传递函数 298
8.9.4 关于闭环脉冲传递函数Φ（z）或Φe（z）的讨论 299
8.10 MATLAB在采样系统中的应用 302
8.10.1 连续系统的离散化 302
8.10.2 求采样系统的响应 302
8.10.3 采样系统的最少拍设计 304
本章小结 305
本章典型题、考研题详解及习题 305
附录A常用函数的拉普拉斯变换表 313
附录B常用函数的Z变换表 315
参考文献 316