第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 开环控制系统和闭环控制系统 3
1.2.1 开环控制系统 3
1.2.2 闭环控制系统 4
1.3 闭环控制系统的组成 5
1.4 自动控制系统的类型 6
1.4.1 线性控制系统和非线性控制系统 6
1.4.2 连续控制系统和离散控制系统 7
1.4.3 恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统 8
1.5 自动控制系统举例 9
第2章 自动控制系统的数学模型 18
2.1 系统微分方程的建立 19
2.2 非线性微分方程的线性化 22
2.3 传递函数 23
2.3.1 传递函数的定义 23
2.3.2 传递函数的性质 24
2.3.3 典型环节及其传递函数 25
2.4 动态结构图 31
2.4.1 动态结构图的组成 31
2.4.2 动态结构图的绘制 31
2.4.3 动态结构图的等效变换 35
2.4.4 闭环系统的传递函数 40
2.4.5 动态结构图等效变换举例 41
2.5 信号流图 44
2.5.1 信号流图的组成 44
2.5.2 信号流图的绘制 45
2.5.3 梅森公式 46
第3章 时域法 55
3.1 典型输入函数和时域性能指标 56
3.1.1 系统的稳定性 56
3.1.2 自动控制系统的典型输入信号 56
3.1.3 时域性能指标 59
3.2 一阶系统的时域分析 60
3.2.1 一阶系统的数学模型 61
3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 61
3.3 二阶系统的时域分析 63
3.3.1 二阶系统的数学模型 63
3.3.2 二阶系统的阶跃响应 64
3.3.3 二阶欠阻尼系统的动态性能指标 67
3.3.4 二阶系统特征参数与暂态性能指标之间的关系 69
3.3.5 二阶系统工程最佳参数 70
3.3.6 二阶系统计算举例 71
3.4 高阶系统的时域分析 74
3.5 控制系统的稳定性分析 76
3.5.1 稳定性的基本概念 76
3.5.2 稳定判据 76
3.6 稳态误差 82
3.6.1 稳态误差的定义 82
3.6.2 自动控制系统的类型 83
3.6.3 给定输入作用下稳态误差系数和稳态误差分析 84
3.6.4 扰动输入作用下的稳态误差分析 89
3.6.5 减小稳态误差的方法 90
第4章 根轨迹法 98
4.1 根轨迹的基本概念 99
4.1.1 根轨迹的概念 99
4.1.2 根轨迹方程 101
4.2 绘制根轨迹的基本法则 103
4.2.1 根轨迹的基本法则 103
4.2.2 根轨迹的绘制与分析 111
4.3 参数根轨迹的绘制 117
4.4 零度根轨迹的绘制 118
4.5 利用根轨迹分析系统性能 122
第5章 频域法 128
5.1 频率特性 129
5.2 频率特性的表示方法 130
5.2.1 幅相频率特性的表示方法 130
5.2.2 对数幅相频率特性的表示方法 131
5.3 典型环节的频率特性 132
5.4 开环频率特性的绘制 145
5.4.1 开环幅相频率特性的绘制 145
5.4.2 开环对数幅相频率特性的绘制 149
5.5 用频率法分析控制系统的稳定性 156
5.5.1 奈奎斯特稳定判据 156
5.5.2 系统的稳定裕度 164
5.6 闭环系统频率特性 165
5.6.1 闭环频率特性曲线的绘制 165
5.6.2 闭环系统等M圆、等N圆及尼科尔斯图 165
5.7 系统暂态特性和闭环频率特性的关系 168
5.8 开环频率特性与系统阶跃响应的关系 170
第6章 自动控制系统的校正 177
6.1 引言 177
6.1.1 控制系统的性能指标与校正的基本概念 177
6.1.2 校正方式 179
6.1.3 基本校正规律 180
6.1.4 校正方法 182
6.1.5 用频率法校正的特点 182
6.2 校正装置 183
6.2.1 超前校正装置 184
6.2.2 滞后校正装置 185
6.2.3 滞后—超前校正装置 187
6.2.4 期望的对数频率特性 190
6.3 串联校正 191
6.3.1 串联超前校正 191
6.3.2 串联滞后校正 193
6.3.3 串联滞后—超前校正 196
6.4 反馈校正 199
6.4.1 反馈校正的原理 199
6.4.2 反馈校正的作用 199
6.4.3 反馈校正装置的设计 202
6.5 复合校正 205
6.5.1 反馈与按输入前馈的复合控制 205
6.5.2 反馈与按扰动前馈的复合控制 206
第7章 采样控制系统分析 212
7.1 线性离散控制系统的基本概念 212
7.1.1 采样控制系统 212
7.1.2 数字控制系统 213
7.2 采样过程与采样定理 214
7.2.1 采样过程 214
7.2.2 采样信号的频谱 215
7.2.3 采样定理 216
7.2.4 信号的复现 217
7.3 z变换 219
7.3.1 z变换的定义 219
7.3.2 z变换的求法 220
7.3.3 z变换的性质 223
7.4 z反变换 226
7.5 差分方程 227
7.5.1 差分方程概述 227
7.5.2 差分方程的解法 227
7.6 脉冲传递函数 228
7.6.1 脉冲传递函数的定义 228
7.6.2 开环脉冲传递函数 229
7.6.3 闭环脉冲传递函数 231
7.6.4 应用z变换法分析系统的条件 234
7.7 采样系统的性能分析 234
7.7.1 采样系统的稳定性 234
7.7.2 采样系统闭环极点与动态响应的关系 238
7.7.3 采样系统的稳态误差 240
7.8 最少拍采样控制系统的设计 242
第8章 非线性控制系统分析 253
8.1 概述 253
8.1.1 非线性系统的特点 253
8.1.2 非线性系统的研究方法 254
8.1.3 典型非线性环节及其特性 255
8.2 描述函数法 257
8.2.1 描述函数的基本概念 257
8.2.2 典型非线性特性的描述函数 259
8.2.3 非线性系统的简化 263
8.3 用描述函数法分析非线性系统 265
8.3.1 稳定性判据 265
8.3.2 自激振荡 267
8.3.3 用描述函数法分析非线性系统 267
8.4 相平面法 272
8.4.1 相平面图 272
8.4.2 相轨迹和相平面图的性质 273
8.4.3 奇点的类型 275
8.4.4 相平面图中的极限环 276
8.4.5 由相平面图求时间响应 277
8.5 相轨迹的绘制方法 278
8.5.1 解析法 278
8.5.2 图解法 279
8.6 非线性系统的相平面图分析 281
8.6.1 死区非线性系统 281
8.6.2 继电器非线性特性 283
8.7 非线性系统的校正 284
8.7.1 对线性部分进行校正 284
8.7.2 改变非线性特性 285
参考文献 290