第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 自动控制系统的基本结构 2
1.2.1 开环控制系统 2
1.2.2 闭环控制系统 3
1.3 自动控制系统的类型 5
1.3.1 按系统输入信号的变化规律分类 5
1.3.2 按系统的响应特性分类 6
1.4 控制系统的基本要求和典型输入信号 7
1.4.1 控制系统的基本要求的提法 7
1.4.2 典型输入信号 8
1.5 基于MATLB的控制系统分析与设计 9
本章小结 10
习题 10
第2章 控制系统的数学模型 12
2.1 控制系统微分方程的建立 12
2.1.1 列写微分方程的一般方法 12
2.1.2 非线性数学模型的线性化 12
2.2 控制系统的传递函数 16
2.2.1 传递函数的概念 17
2.2.2 传递函数的表达式和性质 17
2.2.3 传递函数的求法 18
2.2.4 常见元部件的传递函数 19
2.3 控制系统的传递函数方框图与信号流图 20
2.3.1 传递函数方框图的建立 23
2.3.2 方框图的等效变换规则 24
2.3.3 典型闭环系统方框图及其传递函数 27
2.3.4 信号流图与梅逊公式 34
2.4 数学模型的实验测定法 36
2.5 MATLAB在求解线性微分方程及系统框图化简中的应用 39
2.5.1 MATLB在求解线性微分方程中的应用 44
2.5.2 MATLB在系统方框图化简中的应用 49
本章小结 54
习题 55
第3章 时域分析法 59
3.1 线性定常系统的时间响应及阶跃响应性能指标 59
3.1.1 时间响应 59
3.1.2 单位阶跃响应性能指标 60
3.2 一阶系统的时域分析 61
3.2.1 一阶系统数学模型 61
3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 61
3.2.3 一阶系统单位阶跃响应性能指标 62
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 二阶系统的单位阶跃响应 63
3.3.3 二阶系统响应性能的改善方法 69
3.4 高阶系统的时域分析简介 71
3.5 线性定常系统的稳定性分析 72
3.5.1 稳定性的概念 72
3.5.2 线性定常系统稳定的条件 73
3.5.3 劳斯稳定判据 74
3.6 线性定常系统的稳态误差分析 78
3.6.1 稳态误差的概念 78
3.6.2 参考输入作用下的稳态误差计算 79
3.6.3 干扰作用下稳态误差的计算 82
3.6.4 关于降低稳态误差的问题 85
3.7 MATLAB在系统时域分析中的应用 86
3.7.1 MATLAB在分析系统稳定性中的应用 86
3.7.2 MATLAB在系统的动态特性分析中的应用 87
3.7.3 系统单位阶跃响应的求法 89
本章小结 90
习题 90
第4章 根轨迹法 93
4.1 根轨迹的概念与根轨迹方程 93
4.1.1 根轨迹 93
4.1.2 根轨迹方程 94
4.2 绘制根轨迹的基本规则及根轨迹的绘制 95
4.2.1 绘制根轨迹的基本规则 95
4.2.2 根轨迹的绘制 101
4.3 广义根轨迹 105
4.3.1 参数根轨迹 105
4.3.2 多回路的根轨迹 106
4.3.3 正反馈回路的根轨迹 107
4.3.4 迟后系统的根轨迹 108
4.4 利用根轨迹分析系统的性能 111
4.4.1 主导极点的概念 111
4.4.2 增加开环零点对根轨迹的影响 111
4.4.3 根轨迹增益的确定及系统性能的分析 111
4.5 利用MATLAB绘制根轨迹 113
4.5.1 常规根轨迹的绘制 113
4.5.2 零度根轨迹的绘制 118
本章小结 120
习题 120
第5章 频域分析法 123
5.1 频率特性 123
5.1.1 频率特性的概念 123
5.1.2 频率特性与传递函数的关系 125
5.1.3 频率特性的求法及图示方法 126
5.2 频率特性的极坐标图（Nyquist） 129
5.2.1 典型环节的频率特性及其极坐标图 129
5.2.2 高阶系统极坐标图的一般规律 132
5.3 频率特性的对数坐标（Bode）图 134
5.3.1 Bode图及其特点 134
5.3.2 典型环节的Bode图 134
5.3.3 开环系统的Bode图 138
5.3.4 对数幅相图（Nichols图） 143
5.4 Nyquist稳定判据 144
5.4.1 Nyquist稳定判据的数学基础 144
5.4.2 Nyquist稳定判据 145
5.4.3 Nyquist稳定判据在Bode图上的应用 151
5.5 控制系统的相对稳定性 154
5.5.1 系统的相对稳定性 154
5.5.2 相位裕度γ和幅值裕度kg 154
5.6 闭环频率特性 156
5.6.1 闭环频率特性的图形表示 156
5.6.2 系统频域指标与时域指标之间的关系 162
5.7 频率特性的实验确定法 164
5.7.1 用正弦信号测试频率特性的原理 165
5.7.2 根据频率特性（Bode图）确定传递函数 166
5.7.3 由实验频率特性求系统传递函数的实例 167
5.8 MATLAB在频率分析中的应用 168
5.8.1 应用MATLAB绘制Bode图 170
5.8.2 应用MATLAB绘制乃奎斯特图 171
本章小结 175
习题 175
第6章 控制系统的综合与校正 179
6.1 系统校正与综合概述 179
6.1.1 控制系统设计的步骤 179
6.1.2 性能指标 180
6.1.3 校正方式 180
6.1.4 校正方法 181
6.2 基本控制规律简介 182
6.3 常用校正装置及其特性 184
6.3.1 无源校正装置 184
6.3.2 有源校正装置 189
6.4 串联校正装置的频域设计 191
6.4.1 串联超前校正装置 191
6.4.2 串联滞后校正装置 193
6.4.3 串联滞后—超前校正 195
6.5 反馈校正 198
6.6 根轨迹在系统校正中的应用 201
6.6.1 超前校正 202
6.6.2 串联滞后校正 204
6.7 MATLAB在系统校正中的应用 207
本章小结 210
习题 211
第7章 非线性控制系统分析 213
7.1 非线性系统的基本概念 213
7.2 常见非线性特性及其对系统运动的影响 213
7.2.1 饱和特性 213
7.2.2 死区特性 214
7.2.3 间隙特性 214
7.2.4 继电特性 214
7.2.5 非线性系统的分析方法 215
7.3 相平面法 215
7.3.1 相轨迹及其绘制方法 216
7.3.2 非线性系统的相平面分析 225
7.4 描述函数法 230
7.4.1 描述函数的概念 230
7.4.2 典型非线性特性的描述函数 231
7.4.3 用描述函数分析非线性系统 235
本章小结 238
习题 239
第8章 线性离散系统 240
8.1 离散控制系统概述 240
8.1.1 离散控制系统的组成 240
8.1.2 离散控制系统的特点 241
8.2 信号的采样与采样定理 241
8.2.1 采样过程 241
8.2.2 采样定理 242
8.2.3 采样周期的选取 245
8.3 信号恢复 245
8.3.1 零阶保持器 245
8.3.2 一阶保持器 247
8.4 Z变换 248
8.4.1 Z变换的定义 248
8.4.2 Z变换方法 249
8.4.3 Z变换性质 250
8.4.4 Z反变换 253
8.5 离散系统的数学模型 254
8.5.1 离散系统的线性差分方程 255
8.5.2 脉冲传递函数 256
8.6 离散控制系统分析 264
8.6.1 线性离散控制系统的稳定性分析 264
8.6.2 线性离散控制系统的瞬态响应 269
8.6.3 线性离散控制系统的稳态误差 273
8.6.4 MATLAB在离散系统中的应用 276
本章小结 278
习题 279
附录 常用数学工具 282
附1 拉普拉斯变换 282
附1.1 拉普拉斯变换的定义 282
附1.2 拉普拉斯变换的定理和运算 282
附1.3 拉普拉斯反变换 283
附1.4 拉普拉斯反变换对照表 283
附2 Z变换 286
附2.1 Z变换的定义 286
附2.2 Z变换的重要定理和运算 286
附2.3 Z反变换 286
附2.4 修正的Z变换 288
附2.5 Z变换对照表 288
参考文献 290