第1章 绪论 1
引言 1
1.1自动控制理论的产生和基本概念 1
1.1.1开环控制和闭环控制 1
1.1.2闭环控制系统的典型组成和基本概念 3
1.2控制理论的发展历史及其在工程中的应用 4
1.3自动控制系统的基本类型 7
1.4本书主要内容及章节安排 7
思考题 8
第2章 控制系统的数学描述 9
引言 9
2.1控制系统的微分方程描述 9
2.1.1建立微分方程 9
2.1.2非线性系统的线性化 13
2.2拉普拉斯变换及反变换 15
2.2.1拉普拉斯变换的定义 15
2.2.2拉普拉斯变换的性质及其应用 17
2.2.3拉普拉斯反变换 19
2.2.4利用拉普拉斯反变换求解线性微分方程 22
2.3控制系统的传递函数描述 23
2.3.1传递函数的定义 23
2.3.2典型环节传递函数 24
2.4控制系统的动态结构框图 27
2.4.1动态结构框图的组成及建立 27
2.4.2动态结构框图的等效变换及简化 30
2.4.3用梅逊公式求系统的传递函数 33
2.5控制系统的信号流图 34
2.6状态空间方程基本概念 34
本章小结 36
思考题 36
习题 37
第3章 控制系统的时域分析 43
引言 43
3.1时域分析有关概念 43
3.1.1时域分析常用的方法 43
3.1.2控制系统有关的概念 44
3.1.3典型输入信号 45
3.1.4控制系统的时域响应及性能指标 47
3.2稳定性分析 49
3.2.1稳定的概念及稳定的充分必要条件 49
3.2.2代数稳定性判据 50
3.3一阶系统的时域分析 60
3.3.1一阶系统的单位阶跃响应 60
3.3.2一阶系统的单位斜坡响应 61
3.3.3一阶系统的单位脉冲响应 62
3.4二阶系统时域分析 63
3.4.1二阶系统的单位阶跃响应 64
3.4.2二阶系统的单位脉冲响应 67
3.4.3二阶系统的单位斜坡响应 69
3.4.4二阶系统时域性能指标 70
3.5高阶系统的时域分析 77
3.5.1高阶系统的单位阶跃响应 77
3.5.2利用主导极点和偶极子对高阶系统进行降阶处理 78
3.6系统的稳态误差的计算 79
3.6.1误差有关的概念 80
3.6.2输入引起的稳态误差的计算 81
3.6.3干扰引起的稳态误差的计算 86
3.6.4提高控制系统的精度的措施 89
本章小结 91
思考题 92
习题 92
第4章 根轨迹法 99
引言 99
4.1根轨迹法的基本概念 99
4.1.1根轨迹 99
4.1.2根轨迹方程 100
4.2绘制根轨迹的基本法则 102
4.3广义根轨迹 112
4.3.1参变量根轨迹 112
4.3.2 0°根轨迹 116
4.4利用根轨迹分析系统性能 118
4.4.1闭环零极点分布与阶跃响应的关系 118
4.4.2利用根轨迹法分析系统 121
本章小结 124
思考题 124
习题 125
第5章 控制系统的频域分析 130
引言 130
5.1频率特性的概念及表示方法 130
5.1.1频率特性的定义 130
5.1.2频率特性的求取方法 132
5.1.3频率特性的表示方法 133
5.2极坐标图 135
5.2.1极坐标图的定义及画法 135
5.2.2典型环节的极坐标图 136
5.2.3奈奎斯特图的大致规律 140
5.3对数坐标图 142
5.3.1对数坐标图的定义及画法 143
5.3.2典型环节的对数坐标图 144
5.3.3一般系统伯德图的作图方法 148
5.3.4最小相位系统与非最小相位系统 151
5.3.5由对数幅频特性曲线求取最小相位系统传递函数 152
5.4奈奎斯特稳定性判据 154
5.4.1米哈伊洛夫定理 154
5.4.2奈奎斯特稳定性判据第一种表述形式 157
5.4.3奈奎斯特稳定性判据第二种表述形式 162
5.4.4奈奎斯特稳定性判据第三种表述形式——全频率奈奎斯特稳定性判据 163
5.5控制系统的稳定裕量 165
本章小结 168
思考题 169
习题 169
第6章 控制系统的综合与校正 175
引言 175
6.1控制系统校正的概念 175
6.2串联校正 176
6.2.1串联超前校正 176
6.2.2串联滞后校正 178
6.2.3滞后—超前校正 180
6.2.4串联校正与PID调节器 181
6.3反馈校正 182
6.3.1反馈校正的基本原理 182
6.3.2反馈校正的功能 183
本章小结 185
思考题 185
习题 185
第7章 非线性系统 189
引言 189
7.1典型的非线性特性 189
7.2相平面法 191
7.2.1相平面法的基本概念 191
7.2.2相轨迹的作法 191
7.2.3奇点和极限环 193
7.2.4非线性系统相轨迹分析 197
7.3描述函数法 200
7.3.1描述函数的定义 200
7.3.2典型非线性环节的描述函数 201
7.3.3描述函数法分析非线性系统 205
本章小结 209
思考题 209
习题 209
部分习题答案 213
参考文献 223