第一篇 控制基础篇 1
第1章 自动控制系统的一般概念 2
1.1引言 2
1.2自动控制与自动控制系统 2
1.2.1人工控制与自动控制 3
1.2.2控制系统的方框图表示法 5
1.2.3开环控制与闭环控制 6
1.2.4自动控制系统的基本组成 8
1.3自动控制系统的基本类型 8
1.3.1恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统 9
1.3.2线性系统和非线性系统 11
1.3.3连续系统和离散系统 12
1.4对自动控制系统的基本要求 12
1.5本课程的任务及本书概貌 14
1.5.1课程的任务 14
1.5.2本书概貌 14
小结 15
习题 15
第2章 控制系统的数学模型 18
2.1引言 18
2.2系统微分方程的建立 19
2.2.1线性系统的微分方程 19
2.2.2非线性微分方程的线性化 21
2.3线性系统的传递函数 24
2.3.1传递函数 25
2.3.2传递函数的性质 26
2.3.3传递函数的求法 26
2.3.4典型环节的传递函数 29
2.4控制系统的动态结构图与信号流图 35
2.4.1动态结构图的概念 35
2.4.2动态结构图的绘制 36
2.4.3动态结构图的等效变换 42
2.4.4信号流图及梅逊增益公式 47
2.5闭环控制系统的传递函数 52
2.5.1闭环控制系统的开环传递函数 53
2.5.2给定输入信号作用下系统的闭环传递函数 53
2.5.3干扰信号作用下系统的闭环传递函数 54
2.5.4闭环控制系统的误差传递函数 54
2.5.5多输入-多输出系统的传递函数矩阵 55
2.6 MATLAB中数学模型的表示 57
2.6.1数学模型的MATLAB表示及其转换 57
2.6.2应用MATLAB指令简化动态结构图 60
小结 61
习题 61
第二篇 系统分析篇 67
第3章 控制系统的时域分析 68
3.1引言 68
3.1.1典型输入信号 68
3.1.2控制系统时域响应的性能指标 71
3.2线性定常系统的稳定性及稳定判据 72
3.2.1稳定的基本概念 72
3.2.2线性系统稳定的充分必要条件 73
3.2.3劳斯稳定判据 74
3.2.4系统参数对稳定性的影响 78
3.2.5系统的相对稳定性和稳定裕量 80
3.2.6结构不稳定系统及其改善 81
3.3控制系统的稳态误差 81
3.3.1误差和稳态误差的定义 81
3.3.2给定输入作用下的稳态误差 83
3.3.3干扰作用下的稳态误差与系统结构参数的关系 86
3.3.4改善系统稳态精度的途径 89
3.4控制系统的动态性能分析 89
3.4.1一阶系统的时域分析 89
3.4.2二阶系统的时域分析 92
3.4.3高阶系统分析 105
3.5线性系统的基本控制规律——PID控制 107
3.6用MATLAB对系统进行时域分析 111
小结 114
习题 115
第4章 控制系统的根轨迹分析法 119
4.1引言 119
4.1.1根轨迹 119
4.1.2根轨迹与系统性能 120
4.2根轨迹法的基本概念 121
4.2.1根轨迹方程 121
4.2.2系统闭环零点、极点和开环零点、极点的关系 122
4.2.3相角条件和幅值条件 122
4.3根轨迹的绘制 124
4.3.1绘制根轨迹图的基本法则 124
4.3.2绘制根轨迹图举例 131
4.4广义根轨迹的绘制 132
4.4.1参数根轨迹图的绘制 132
4.4.2零度根轨迹图的绘制 135
4.5利用根轨迹图分析控制系统性能 138
4.5.1闭环系统极点、零点的位置与系统性能的关系 138
4.5.2由根轨迹图确定条件稳定系统的参数取值范围 140
4.6用MATLAB进行控制系统的根轨迹分析 142
4.6.1用MATLAB绘制根轨迹图 142
4.6.2用MATLAB对系统根轨迹进行分析举例 143
小结 145
习题 146
第5章 控制系统的频域分析 148
5.1引言 148
5.1.1频率特性的基本概念 148
5.1.2用图形表示频率特性 150
5.2对数频率特性 151
5.2.1对数频率特性图 151
5.2.2典型环节的对数频率特性 153
5.2.3控制系统开环对数频率特性图的绘制 160
5.2.4最小相位系统与非最小相位系统 164
5.2.5由频率特性确定相应的传递函数 167
5.3频率特性极坐标图 169
5.3.1极坐标图（幅相频率特性曲线） 169
5.3.2典型环节的频率特性极坐标图 171
5.3.3控制系统的开环频率特性极坐标图 173
5.4奈奎斯特稳定判据 176
5.4.1奈奎斯特稳定判据的数学基础 176
5.4.2奈奎斯特稳定判据 179
5.4.3对数频率特性上的奈奎斯特判据 182
5.4.4用奈奎斯特判据判断延迟系统稳定性 184
5.5控制系统的相对稳定性 185
5.5.1相角裕量与幅值裕量 185
5.5.2控制系统的相对稳定性分析 187
5.6控制系统的频域分析 189
5.6.1典型二阶系统的频域分析 190
5.6.2高阶系统的频域分析 193
5.7用MATLAB进行控制系统的频域分析 198
小结 202
习题 203
第三篇 系统设计篇 207
第6章 控制系统的校正 208
6.1引言 208
6.1.1系统校正的概念 208
6.1.2系统校正基础 209
6.2常用校正装置及其特性 212
6.2.1超前校正装置及其特性 212
6.2.2滞后校正装置及其特性 215
6.2.3滞后—超前校正装置及其特性 216
6.3频域法串联校正 218
6.3.1串联超前校正 218
6.3.2串联滞后校正 221
6.3.3串联滞后-超前校正 224
6.3.4按期望特性对系统进行串联校正 228
6.4根轨迹法串联校正 231
6.4.1串联超前校正 232
6.4.2串联滞后校正 236
6.4.3串联滞后-超前校正 238
6.5工程控制方法-PID控制 240
6.6反馈校正 244
6.6.1利用反馈校正改变局部结构和参数 245
6.6.2利用反馈校正取代局部结构 246
6.7复合校正 250
6.7.1按干扰补偿的复合校正 250
6.7.2按输入补偿的复合校正 251
小结 254
习题 254
第四篇 应用篇 259
第7章 控制系统示例 260
7.1引言 260
7.2一种电动比例蝶阀控制系统 260
7.3智能车速度控制系统 262
7.4锅炉给水控制系统 264
7.5汽车制动器性能测试的试验台控制系统 269
附录 常用函数的拉普拉斯变换简表及拉普拉斯变换的几个重要定理 275
参考文献 276