第1章 绪论 1
1.1 控制工程概述 1
1.2 控制系统的结构 2
1.2.1 开环控制系统 2
1.2.2 闭环控制系统 3
1.2.3 反馈控制系统的组成 4
1.3 控制系统的基本类型 6
1.3.1 按输入信号的特征分类 6
1.3.2 按控制器的实现方式分类 6
1.3.3 按有无误差分类 6
1.4 对控制系统的基本要求 7
1.4.1 稳定性 7
1.4.2 快速性 7
1.4.3 准确性 8
习题 8
第2章 控制系统的数学模型 10
2.1 控制系统的微分方程 10
2.1.1 线性系统与非线性系统 10
2.1.2 微分方程的建立 12
2.1.3 微分方程的求解 15
2.2 控制系统的传递函数 16
2.2.1 传递函数的定义 16
2.2.2 传递函数的特点 17
2.2.3 传递函数的形式 17
2.3 典型环节的传递函数 18
2.3.1 比例环节 18
2.3.2 微分环节 19
2.3.3 积分环节 21
2.3.4 惯性环节 22
2.3.5 一阶微分环节 23
2.3.6 二阶振荡环节 23
2.3.7 二阶微分环节 25
2.3.8 延时环节 25
2.4 控制系统的函数框图模型 26
2.4.1 控制系统的基本连接方式 26
2.4.2 扰动作用下的闭环控制系统 28
2.4.3 函数框图的绘制 29
2.4.4 函数框图的简化 30
2.5 典型系统的数学模型分析 33
2.5.1 机械系统 33
2.5.2 电气系统 34
2.5.3 机、电、液系统 35
习题 36
第3章 控制系统的时域分析 39
3.1 控制系统的瞬态响应 39
3.1.1 典型输入信号 39
3.1.2 时间响应及其组成 42
3.1.3 控制系统的时域性能指标 43
3.2 一阶系统的数学模型及时间响应 44
3.2.1 一阶系统的数学模型 44
3.2.2 一阶系统的时间响应 45
3.3 二阶系统的数学模型、时间响应及时域性能指标 49
3.3.1 二阶系统的数学模型 49
3.3.2 二阶系统的时间响应 52
3.3.3 二阶系统的时域性能指标 55
3.4 高阶系统的时间响应及性能分析 59
3.4.1 高阶系统的时间响应 59
3.4.2 高阶系统的性能分析 61
习题 64
第4章 控制系统的频域分析 67
4.1 频率特性的基本概念 67
4.1.1 频率响应 67
4.1.2 频率特性及其求取方法 68
4.1.3 频率特性的图形表示法 69
4.2 典型环节的频率特性 71
4.2.1 比例环节 71
4.2.2 积分环节和微分环节 71
4.2.3 惯性环节和一阶微分环节 73
4.2.4 二阶振荡环节和二阶微分环节 75
4.2.5 延时环节 78
4.3 控制系统的开环频率特性 79
4.3.1 系统的开环极坐标图 79
4.3.2 系统的开环Bode图 87
4.4 系统的闭环频率特性 91
4.4.1 系统的闭环频率特性图 91
4.4.2 由开环频率特性估计闭环频率特性 91
4.4.3 系统的闭环频域性能指标 92
习题 94
第5章 控制系统的性能分析 97
5.1 控制系统的稳定性分析 97
5.1.1 控制系统稳定性的基本概念 97
5.1.2 代数稳定性判据 99
5.1.3 频域判据 105
5.1.4 控制系统的相对稳定性分析 111
5.2 控制系统的误差分析 117
5.2.1 系统误差和误差传递函数 118
5.2.2 系统静态误差分析与计算 120
5.2.3 系统动态误差分析与计算 127
5.2.4 开环特性与稳态误差的关系 129
5.3 控制系统的动态性能分析 131
5.3.1 动态性能与开环频率特性的关系 131
5.3.2 动态性能与闭环频率特性的关系 133
习题 135
第6章 控制系统的综合校正 140
6.1 控制系统校正概述 140
6.2 控制系统的串联校正 141
6.2.1 相位超前校正 141
6.2.2 相位滞后校正 145
6.2.3 滞后-超前校正 148
6.2.4 PID校正 151
6.3 控制系统的并联校正 154
6.3.1 反馈校正 154
6.3.2 顺馈校正 155
习题 156
第7章 采样控制系统分析基础 158
7.1 概述 158
7.2 信号的采样与复原 159
7.2.1 信号的采样 159
7.2.2 信号的复原 161
7.3 采样控制系统的Z变换与Z反变换 162
7.3.1 Z变换的定义 162
7.3.2 Z变换的性质 164
7.3.3 Z反变换 165
7.4 线性采样控制系统的差分方程 167
7.4.1 差分方程的数学描述 167
7.4.2 差分方程的求解 168
7.5 采样控制系统的脉冲传递函数 169
7.5.1 脉冲传递函数概述 169
7.5.2 脉冲传递函数的求解方法 170
7.5.3 脉冲传递函数的连接方式 170
7.5.4 闭环系统的脉冲传递函数 171
7.6 采样控制系统的性能分析 172
7.6.1 采样控制系统的稳定性分析 172
7.6.2 采样控制系统的稳态误差 174
7.6.3 采样控制系统的动态性能分析 175
习题 176
第8章 基于MATLAB的控制系统分析 178
8.1 MATLAB语言简介 178
8.1.1 基本操作及命令 178
8.1.2 MATLAB函数 179
8.1.3 绘制响应曲线 181
8.1.4 MATLAB语言的联机帮助功能 182
8.2 控制系统数学模型的MATLAB描述 183
8.2.1 连续系统数学模型的MATLAB描述 183
8.2.2 离散系统数学模型的MATLAB描述 186
8.2.3 各种数学模型之间的转换 186
8.2.4 控制系统的模型建立 187
8.2.5 Simulink建模方法 187
8.3 控制系统的性能分析 189
8.3.1 控制系统的时域分析 189
8.3.2 控制系统的频域分析 192
8.3.3 控制系统的稳定性分析 194
8.4 控制系统的校正课程设计实例 196
习题 198
附录 拉普拉斯变换 200
参考文献 209