第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 控制工程发展史 1
1.1.2 机械控制工程的研究对象与任务 2
1.2 控制系统简介 3
1.2.1 控制系统的分类 3
1.2.2 闭环控制系统的组成 6
1.2.3 对控制系统的基本要求 7
本章小结 7
习题1 8
第2章 拉普拉斯变换 9
2.1 复变量与复变函数 10
2.1.1 复变量 10
2.1.2 复变函数 10
2.1.3 欧拉公式 10
2.2 拉氏变换的概念 11
2.2.1 问题的提出 11
2.2.2 拉氏变换的存在定理 12
2.3 拉氏变换的性质 18
2.3.1 线性性质 18
2.3.2 微分性质 19
2.3.3 积分性质 21
2.3.4 位移性质 22
2.3.5 延迟性质 22
2.3.6 尺度变换 23
2.3.7 初值定理、终值定理 24
2.4 拉氏逆变换 26
2.5 卷积 31
2.5.1 卷积的概念 31
2.5.2 卷积定理 32
本章小结 36
习题2 36
第3章 系统的数学模型 39
3.1 系统的微分方程 40
3.1.1 建立微分方程的基本步骤 40
3.1.2 机械系统的微分方程 41
3.1.3 电气系统的微分方程 44
3.1.4 机电系统的微分方程 46
3.1.5 系统的相似性 49
3.2 系统的传递函数 50
3.2.1 传递函数的基本概念 50
3.2.2 传递函数的零点、极点和放大系数 51
3.2.3 典型环节的传递函数 52
3.3 系统方框图及其简化 64
3.3.1 系统传递函数的方框图表示 65
3.3.2 传递函数方框图的简化 70
3.3.3 公式法化简系统方框图 75
3.4 信号流图与梅森增益公式 76
3.4.1 信号流图 76
3.4.2 梅森增益公式 78
3.5 输入和干扰同时作用下的系统传递函数 80
本章小结 83
习题3 84
第4章 时间响应分析 89
4.1 概述 89
4.1.1 时间响应及其组成 90
4.1.2 典型试验信号 90
4.2 一阶系统的时间响应 92
4.2.1 一阶系统的单位脉冲响应 92
4.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 93
4.2.3 单位脉冲响应和单位阶跃响应的关系 94
4.3 二阶系统的时间响应 94
4.3.1 二阶系统标准形式 94
4.3.2 二阶系统特征方程的根与阻尼比的关系 95
4.3.3 二阶系统的单位脉冲响应 96
4.3.4 二阶系统的单位阶跃响应 98
4.3.5 二阶系统响应的性能指标 101
4.4 系统稳态误差分析 106
4.4.1 系统误差与偏差的关系 106
4.4.2 系统的稳态误差 107
4.4.3 静态误差系数 110
本章小结 112
习题4 113
第5章 系统频率响应分析 115
5.1 频率特性概述 115
5.1.1 频率特性的概念 115
5.1.2 频率特性的特点和作用 118
5.2 频率特性的极坐标图（Nyquist图） 120
5.2.1 典型环节的Nyquist图 120
5.2.2 Nyquist图的一般绘制方法 124
5.3 频率特性的对数坐标图（Bode图） 128
5.3.1 概述 128
5.3.2 典型环节的Bode图 129
5.3.3 Bode图的一般绘制方法 134
5.4 闭环频率特性 140
5.5 最小相位系统与非最小相位系统 141
5.6 根据频率特性曲线估计系统传递函数 142
5.6.1 确定放大倍数K 142
5.6.2 各环节传递函数确定 143
本章小结 145
习题5 145
第6章 系统稳定性分析 147
6.1 系统稳定的概念和条件 147
6.1.1 系统稳定的基本概念 147
6.1.2 系统稳定性与特征根的关系 148
6.1.3 系统稳定的充分必要条件 149
6.2 劳斯（Routh）稳定判据 150
6.2.1 系统稳定的必要条件 150
6.2.2 系统稳定的充要条件 151
6.2.3 劳斯判据的特殊情况 153
6.3 Nyquist稳定判据 154
6.3.1 米哈伊洛夫定理 154
6.3.2 Nyquist稳定判据的证明 156
6.3.3 开环含有积分环节的Nyquist图 158
6.3.4 具有延时环节的系统稳定性分析 160
6.3.5 Nyquist稳定判据应用举例 161
6.4 Bode稳定判据 163
6.5 系统的相对稳定性 166
6.5.1 相位裕度γ 166
6.5.2 幅值裕度Kg 167
本章小结 170
习题6 170
第7章 系统校正 172
7.1 系统的性能指标 173
7.1.1 时域性能指标 173
7.1.2 频域性能指标 173
7.2 系统校正 177
7.2.1 校正的概念 177
7.2.2 校正方式 177
7.3 串联校正 178
7.3.1 增益校正 178
7.3.2 相位超前校正 180
7.3.3 相位滞后校正 183
7.3.4 相位滞后—超前校正 187
7.4 PID校正 191
7.4.1 PID控制规律及其实现 191
7.4.2 PID调节器的设计 195
7.5 反馈校正 198
本章小结 203
习题7 203
第8章 根轨迹法 207
8.1 根轨迹概述 207
8.2 绘制根轨迹的基本条件 210
8.2.1 绘制根轨迹的幅值条件 210
8.2.2 绘制根轨迹的相位条件 211
8.3 根轨迹的绘制 211
8.3.1 根轨迹的绘制准则 211
8.3.2 根轨迹的绘制实例 213
本章小结 217
习题8 217
第9章 线性离散系统 219
9.1 计算机控制系统概述 220
9.1.1 计算机控制系统组成 220
9.1.2 信号的采样与采样定理 222
9.2 Z变换 225
9.2.1 Z变换的定义 225
9.2.2 Z变换的性质 227
9.2.3 Z反变换 229
9.3 线性离散系统的数学模型 232
9.3.1 线性离散系统的差分方程 232
9.3.2 脉冲传递函数 235
9.4 线性离散系统的稳定性分析 240
9.4.1 线性离散系统稳定的充分必要条件 240
9.4.2 线性离散系统的稳定性判据 242
9.4.3 线性离散系统的稳态误差分析 244
9.5 线性离散系统的校正与设计 247
9.5.1 对数频率特性法校正 247
9.5.2 有限拍设计 251
9.5.3 数字PID控制 256
本章小结 262
习题9 263
第10章 MATLAB在控制工程中的应用 266
10.1 MATLAB简介 266
10.2 用MATLAB进行瞬态响应分析 267
10.2.1 线性系统的MATLAB表示 267
10.2.2 系统单位阶跃响应的求法 268
10.2.3 系统单位脉冲响应的求法 268
10.3 用MATLAB进行频率响应分析 269
10.3.1 用MATLAB作Bode图 269
10.3.2 用MATLAB作Nyquist图 271
10.4 Simulink应用 272
10.4.1 Simulink概述 272
10.4.2 启动Simulink工具包 273
10.4.3 用Simulink创建系统模型 274
10.4.4 用Simulink进行系统仿真 277
本章小结 278
附录A 习题参考答案 279
参考文献 289