第1章 绪论 1
信号与系统 1
信号与信号处理 1
几种类别的信号 1
信号的分析与综合 2
系统 2
系统的数学模型 4
信号与系统理论 4
系统的分类 6
定常系统与时变系统 6
线性系统与非线性系统 6
确定性系统与随机信号系统 8
即时系统与动态系统 8
可逆系统与不可逆系统 9
连续时间系统与离散时间系统 9
单输入单输出系统与多输入多输出系统 9
一维信号系统与多维信号系统 10
非线性特性的小偏差线性化 10
自动控制工程与自动控制理论 11
自动控制工程 11
自动控制理论 13
反馈控制系统及其组成 13
开环控制 15
前馈补偿和复合控制 15
基本控制方式 16
恒值系统与随动系统 16
电力传动系统、过程控制系统与液压控制系统 17
控制理论的回顾 17
自动控制工程与信号处理的关系 18
本书概要 19
学习目的和方法 19
本章小结 20
习题 20
第2章 连续信号的频域分析 24
周期信号的傅里叶级数 24
三角形式的傅里叶级数 24
指数形式的傅里叶级数 26
傅里叶积分与傅里叶变换 28
傅氏积分与傅氏变换的概念 28
信号的频谱密度与频域分析 28
单位脉冲函数8（t）的复习 30
几种重要信号的频谱 30
周期信号的傅氏变换 32
傅氏变换表 33
傅氏变换的基本性质 33
拉普拉斯变换 34
双边拉氏变换 34
单边拉氏变换 34
单边拉氏变换的基本性质 36
拉氏反变换 37
拉氏变换的应用 37
本章小结 37
习题 37
第3章 线性连续系统的时域分析 38
线性常系数常微分方程及其解 38
线性常系数常微分方程的经典解 38
用拉氏变换法解初值问题 39
零输入响应与零状态响应 40
线性系统定义的修正 41
响应的暂态分量与稳态分量 42
线性定常系统的脉冲响应函数与卷积 43
脉冲响应函数和卷积 43
脉冲响应函数的数值求法 45
因果系统 45
小结 45
因果线性定常系统的传递函数 46
传递函数的定义 46
传递函数与微分方程的关系 46
关于传递函数的一些规律 47
延迟环节 48
系统的静态数学模型 48
动态结构图及其等效变换 49
动态结构图 49
结构图的等效变换 50
信号流图与梅逊公式 53
信号流图 53
梅逊公式 53
实际系统的结构图 55
引言 55
机械系统 56
电气系统 57
液位系统 61
热力系统 62
小结 63
BIBO稳定性 63
BIBO稳定的概念 63
线性定常系统BIBO稳定的充要条件 65
传递函数BIBO稳定的充要条件 66
零输入稳定性 67
零输入稳定性的概念 67
零输入稳定的一些实际情况 69
零输入稳定的充要条件 70
微分环节的零输入稳定性 70
BIBO稳定性和零输入稳定性的区别和联系 70
临界不稳定 71
不稳定系统的全响应 71
代数稳定判据 71
引言 71
传递函数稳定的必要条件 72
赫尔维茨判据 72
劳斯判据 73
代数稳定判据应用于控制系统 74
本章小结 75
习题 75
第4章 控制系统的时域分析与校正 80
控制系统的时域性能指标 80
典型输入信号 80
单位阶跃扰动下的动态性能指标 81
阶跃扰动时的误差和稳态误差 82
单位阶跃响应的代表性 83
阶跃给定下的动态性能指标 83
阶跃给定下的稳态误差 84
抗扰性能与跟随性能的关系 85
一阶系统的性能计算 85
一阶系统的实例 85
一阶系统的单位阶跃响应 86
一阶系统的脉冲响应和斜坡响应 87
二阶系统的性能计算 88
典型二阶系统 88
二阶系统的单位阶跃响应 88
高阶系统动态性能的计算 92
高阶系统的阶跃响应 92
高阶系统暂态响应的特点 93
用终值定理计算稳态误差 95
引言 95
用终值定理计算给定稳态误差 95
用终值定理计算扰动稳态误差 100
反馈控制系统的根轨迹 101
由开环传递函数分析闭环动态性能 101
根轨迹图 101
幅值条件和相角条件 102
徒手绘制根轨迹的基本法则 104
根轨迹法分析与校正 109
由开环传递函数分析闭环性能 109
开环系统中的其他参数对闭环性能的影响 109
校正 110
串联超前校正 112
串联滞后校正 115
串联滞后-超前校正 117
PID调节器 117
什么是PID调节器 117
PID调节作用的时域解释 118
PID调节器参数的实验整定 119
前馈补偿 119
按扰动的前馈补偿 119
按给定的前馈补偿 120
本章小结 122
习题 123
第5章 线性连续系统的频域分析 126
线性定常系统的频率特性函数 126
频率特性函数 126
稳定系统的正弦稳态响应 127
理想滤波器 129
频率特性的实验测定和频域分析法 131
几点补充 131
频率域滤波原理 131
频率域滤波的概念 131
无失真传输的条件 133
线性相位滤波器 134
非因果系统与因果系统 135
非因果系统 135
脉冲响应函数、传递函数与频率特性的适用范围 136
巴特沃斯滤波器 136
巴特沃斯低通滤波器 137
巴特沃斯高通滤波器 138
对数频率特性曲线 138
对数幅频特性曲线 138
对数相频特性曲线 139
典型环节的对数频率特性曲线 140
串联系统的波德图 142
一般规律 142
串联系统波德图的简捷画法 143
最小相位系统的波德图 145
从实验的频率特性曲线求传递函数 146
幅相频率特性曲线 147
幅相频率特性曲线的画法 147
串联系统的幅相频率特性曲线 148
最小相位系统幅相频率特性曲线的特点 148
本章小结 150
习题 150
第6章 控制系统的频域分析与校正 153
闭环频率特性与时域动态性能的关系 153
闭环频率特性 153
二阶系统 153
高阶系统 154
奈奎斯特稳定判据 155
由开环频率特性分析闭环动态性能 155
开环无纯虚数极点时的奈氏判据 156
开环串联有积分环节时的奈氏判据 158
开环没有右半开平面上的极点的情况 158
开环串联有延迟环节时的奈氏判据 159
已知开环波德图时的稳定性判断 160
最小相位系统的稳定裕量 160
定义 160
在开环波德图上看稳定裕量 161
相位裕量的计算 161
开环对数幅频曲线与稳定性的关系 162
开环传递函数的简化 164
小结 164
开环频率特性与其他闭环性能的关系 164
单位反馈的二阶系统 164
高阶系统 165
由开环频率特性曲线绘制闭环频率特性曲线 166
开环对数幅频曲线与稳态精度的关系 166
开环对数幅频曲线的高频部分 167
串联超前校正 167
频率法校正 167
超前校正装置 167
用波德图说明串联超前校正原理 168
用波德图进行超前校正的步骤 169
串联滞后校正 172
滞后校正原理 172
滞后校正步骤 173
串联滞后-超前校正和PID调节器 175
串联滞后-超前校正 175
PID调节器 175
频率法反馈校正 176
反馈结构的基本特点 176
反馈校正与反馈结构的优点 177
反馈校正对控制性能的改善 178
试凑法的小结 178
本章小结 179
习题 179
第7章 离散信号的频域分析 181
离散信号与离散系统 181
实际信号的谱分析 181
数字滤波 181
计算机控制系统 183
数字传输电话 184
离散信号与离散系统 184
序列的傅里叶积分与频谱函数 185
序列傅氏变换 185
举例 186
连续信号与其采样序列频谱的关系 187
采样定理 188
序列傅氏变换的性质 189
序列的z变换 189
序列的双边z变换 190
因果序列的单边z变换 191
z变换表 192
z反变换 192
定义 192
z反变换的方法 193
z变换的性质 194
本章小结 197
习题 197
第8章 线性离散系统的分析与综合 199
常系数线性差分方程及其解 199
微分方程的差分近似 199
常系数线性差分方程 200
差分方程初值问题的迭代解法 201
非因果系统和因果系统 201
因果线性定常差分方程的初值问题 201
差分方程初值问题的经典解 202
z变换法解差分方程的初值问题 203
脉冲响应函数与卷积 204
线性定常离散系统的z传递函数 205
z传递函数的定义 205
因果系统z传递函数与差分方程的关系 206
静态数学模型 207
动态结构图及其等效变换 207
零阶保持器及其后面连续系统的离散化 207
闭环采样系统的z传递函数 209
离散系统的稳定性 210
稳定性的定义 210
稳定的充分必要条件 211
用？变换判断因果系统z传递函数的稳定性 212
采样控制系统的时域性能分析 213
用z变换法求时域响应的例 213
z传递函数与暂态响应的关系 214
最少拍系统 216
采样控制系统的稳态误差 216
根轨迹法 217
线性定常离散系统的频率特性 217
频率特性的定义频率特性与z传递函数的 217
关系 218
正弦稳态响应 218
数字滤波原理和FIR滤波器 219
数字滤波的目的和思路 219
IIR滤波器与FIR滤波器 220
FIR滤波器的稳定性 221
FIR滤波器设计的时窗法 221
小结 223
IIR滤波器 223
IIR滤波器的特点 223
脉冲响应不变法设计IIR滤波器 224
双线性变换法设计IIR滤波器 225
小结 228
采样控制系统的连续系统等效分析与校正 228
采样控制系统频域分析的困难性 228
计算机控制系统的特点和对策 228
零阶保持器的延迟作用 229
连续系统等效分析法 229
连续系统等效校正法 230
采样控制系统的离散化校正 231
引言 231
闭环z传递函数的期望主导极点 231
根轨迹法校正 232
本章小结 233
习题 234
第9章 系统的状态空间分析与综合 236
多输入多输出系统 236
多输入多输出系统的概念 236
线性定常系统的传递函数矩阵 236
传递函数矩阵的解耦 238
脉冲响应函数矩阵与卷积 241
状态方程 242
状态方程的概念 242
状态变量图 244
最小实现 245
状态变量的另一种定义 245
由实际系统列写动态方程 245
非线性时变系统的动态方程 248
状态变换 248
状态变换的概念 248
化动态方程为对角标准形 249
化动态方程为若当标准形 252
动态方程与传递函数矩阵的关系 253
由动态方程求传递函数矩阵 253
系统矩阵特征值与传递函数极点的关系，输出的稳定性 255
单输入单输出系统的能控形实现 256
传递函数的分子分母阶次相同的情况 258
单输入单输出系统的能观形实现 259
单输入单输出系统的特征值标准形实现 260
小结 261
状态方程的解 261
状态方程的初值问题 261
矩阵指数 261
齐次状态方程的解 262
直接法计算eAt 262
拉氏变换法计算eAt 262
状态变量的稳定性 263
状态转移矩阵 264
矩阵指数（状态转移矩阵）的性质 264
非齐次状态方程的解 266
系统的状态能控性 268
引言 268
状态能控性的概念 269
凯莱-哈密顿定理 269
线性定常系统的能控性判据 270
系统矩阵是对角阵时的能控性判据 273
系统矩阵是若当阵时的能控性判据 274
能控标准形的能控性 274
化状态方程为能控标准形 275
输出能控性 276
基于状态反馈设计控制器 277
问题的提出 277
单输入多输出系统的状态反馈 277
举例 279
小结 281
系统的状态能观测性 282
状态观测问题 282
状态的能观测性 283
线性定常系统的能观性判据 283
系统矩阵是对角阵时的能观性判据 285
系统矩阵是若当阵时的能观性判据 285
能观标准形的能观性 286
对偶原理 286
化状态方程为能观标准形 287
状态观测器 287
状态观测器的概念 287
举例 288
降阶观测器及卡尔曼滤波器 291
带状态观测器的状态反馈系统 291
系统的结构分解与最小实现 292
系统的结构分解 292
单输入单输出系统传递函数的零极点对消问题 294
传递函数矩阵的零极点对消问题 295
最小实现与能控能观性的关系 296
最小实现之间的关系 297
离散系统的状态空间分析 297
离散系统的动态方程 298
离散系统的状态变量图 298
由动态方程求z传递函数矩阵 299
单输入单输出系统的实现 299
连续状态方程的离散化 299
线性定常离散状态方程的解 301
离散系统状态变量的稳定性 303
状态能控性和能观测性 303
离散状态观测器 303
采样控制系统的综合 303
本章小结 304
习题 304
第10章 非线性系统与李雅普诺夫稳定性 309
控制系统中的非线性 309
连续的非线性 309
分段线性的非线性 309
非线性系统及其特点 312
本章概要 313
李雅普诺夫稳定性 314
李雅普诺夫运动稳定性 314
系统的平衡状态 316
平衡状态的稳定性 316
运动的渐近稳定性 318
运动稳定性与平衡状态稳定性的关系 318
李雅普诺夫第一法 318
把状态方程在平衡状态附近线性化 319
李氏第一法 320
李雅普诺夫第二法 320
标量函数的正负 320
李氏第二法的基本定理 321
大范围渐近稳定性的判断 323
小结 323
二阶自治系统的相平面分析 324
相平面图 324
相轨迹的特点 324
画相平面图的等斜线法 326
线性定常系统奇点的类型 327
非线性系统的相平面分析 328
用描述函数法讨论非线性系统的自振荡问题 330
引言 330
一类非线性系统的正弦响应 331
描述函数 332
反馈系统自振荡的必要条件 333
基波近似下奈氏判据的推广 334
基波近似下的自振荡分析 334
小结 336
本章小结 336
习题 336
第11章 MATLAB举例 338
MATLAB概述 338
MATLAB的特点 338
MATLAB的工作环境 339
与Word的接口 340
基本语法 341
变量 341
矩阵的赋值 341
矩阵的初等运算 344
元素群运算 346
关系运算与逻辑运算 346
流程控制 347
基本绘图方法 348
M文件 350
连续信号的频域分析 351
周期信号傅氏级数的演示 351
信号的频谱 351
线性连续系统的时域分析 353
传递函数的建立和连接 353
由传递函数求单位阶跃响应 354
由传递函数求单位斜坡响应 354
由传递函数求脉冲响应函数 355
由传递函数求任意输入的零状态响应 356
多项式的根和稳定性判断 356
反馈系统的根轨迹 357
一般画法 357
零-极-增益模型 357
求指定根的根轨迹增益 358
连续系统的频域分析 358
由传递函数求频率特性 358
由传递函数画波德图 360
由传递函数画奈奎斯特图 361
正弦稳态响应的演示 362
频率域滤波原理 362
由传递函数求稳定裕量 363
离散信号与系统 364
离散信号的频谱分析 364
迭代法解差分方程求全响应 364
由z传递函数求脉冲响应函数 365
用“控制系统工具箱”中的函数求响应 365
由z传递函数求频率特性 366
数字滤波原理 367
连续系统的离散化 368
状态空间分析 368
传递函数矩阵的模型 368
传递函数矩阵的响应 369
传递函数矩阵的实现 369
直接建立动态方程 370
由动态方程求传递函数矩阵 371
特征值与特征向量 371
矩阵指数 372
状态空间模型的响应 372
能控性阵和能观性阵的计算 374
矩阵的秩 374
离散系统和采样系统 374
带有延迟环节的系统 375
Simulink简述 375
延迟环节 375
非线性系统 376
继电特性 376
自振荡现象的演示 377
附录A傅里叶变换简表 378
附录B拉普拉斯变换简表 379
附录C本书所用的MATLAB函数 380
部分习题参考答案 381
参考文献 397