第1章 绪论 1
1.1自动控制系统的一般概念 1
1.2自动控制系统的分类 4
1.2.1开环与闭环系统 4
1.2.2定值、伺服与程序控制系统 6
1.2.3线性与非线性控制系统 6
1.2.4连续与离散控制系统 7
1.3自动控制理论的发展概况 8
1.4自动控制系统的性能要求 9
本章小结 10
习题 10
第2章 控制系统的数学模型 12
2.1列写系统微分方程式的一般方法 12
2.1.1简单系统微分方程的建立 13
2.1.2复杂系统微分方程的建立 15
2.2非线性数学模型的线性化 19
2.3传递函数 22
2.3.1传递函数的定义 22
2.3.2传递函数的基本性质 25
2.3.3控制系统的典型环节及其传递函数 26
2.4框图和系统的传递函数 32
2.4.1框图的组成 32
2.4.2系统框图的建立 33
2.4.3框图的等效变换 34
2.4.4自动控制系统的传递函数 39
2.5信号流图和梅逊公式的应用 42
2.5.1信号流图的术语和性质 44
2.5.2梅逊增益公式 45
2.6 Matlab在本章中的应用 47
本章小结 49
习题 49
第3章 控制系统的时域分析法 52
3.1控制系统的时域性能指标 52
3.1.1典型输入信号 52
3.1.2控制系统时域性能指标 55
3.2一阶系统的时域响应 57
3.2.1一阶系统的数学模型 57
3.2.2一阶系统的单位阶跃响应 58
3.2.3一阶系统的单位斜坡响应 59
3.2.4一阶系统的单位脉冲响应 60
3.2.5一阶系统的单位加速度响应 60
3.3二阶系统的时域响应 61
3.3.1二阶系统的数学模型 62
3.3.2二阶系统的单位阶跃响应 63
3.3.3欠阻尼二阶系统的动态过程分析 68
3.3.4二阶系统的单位脉冲响应 71
3.4高阶系统的时域响应 72
3.5线性系统的稳定性分析 74
3.5.1系统稳定的充要条件 74
3.5.2劳斯-赫尔维茨判据 75
3.5.3劳斯稳定判据 76
3.5.4赫尔维兹判据 80
3.6控制系统的稳态误差 81
3.6.1稳态误差的定义 82
3.6.2系统类型 82
3.6.3扰动作用下的稳态误差 87
3.6.4提高系统稳态精度的方法 88
3.7 Matlab在本章中的应用 88
3.7.1控制系统的传递函数 88
3.7.2控制系统的时域响应 91
本章小结 97
习题 97
第4章 控制系统的根轨迹法 101
4.1根轨迹法的基本概念 101
4.1.1根轨迹的概念 101
4.1.2根轨迹与系统性能 103
4.1.3根轨迹的幅值条件和相角条件 103
4.1.4根轨迹增益与系统开环增益的关系 105
4.2绘制根轨迹的基本法则 106
4.3参量根轨迹的绘制 120
4.4非最小相位系统的根轨迹 123
4.4.1正反馈回路的根轨迹 124
4.4.2含有非最小相位元件的系统的根轨迹 125
4.4.3滞后系统的根轨迹 126
4.5用根轨迹分析控制系统 127
4.5.1用根轨迹确定系统的有关参数 127
4.5.2指定K0时的闭环传递函数 130
4.5.3确定具有指定阻尼比ξ的闭环极点和单位阶跃响应 132
4.6 Matlab在本章中的应用 133
本章小结 138
习题 139
第5章 控制系统的频率响应法 143
5.1频率特性 143
5.1.1频率特性的基本概念 143
5.1.2由传递函数确定系统的频率响应 145
5.2对数坐标图 147
5.2.1典型因子的伯德图 148
5.2.2绘制开环系统伯德图的一般步骤 157
5.2.3最小相位系统与非最小相位系统 159
5.2.4系统的类型与对数幅频特性曲线低频渐近线的对应关系 161
5.3极坐标图 163
5.3.1典型因子的乃氏图 164
5.3.2极坐标图的一般形状 168
5.4乃奎斯特稳定判据 171
5.4.1幅角原理 171
5.4.2乃奎斯特稳定判据介绍 173
5.4.3乃氏判据应用于滞后系统 180
5.5相对稳定性分析 182
5.5.1增益裕量 183
5.5.2相位裕量 183
5.5.3相对稳定性与对数幅频特性中频段斜率的关系 185
5.6频域性能指标与时域性能指标间的关系 188
5.6.1闭环频率特性及其特征量 188
5.6.2二阶系统时域响应与频域响应的关系 190
5.7传递函数的实验确定 194
5.8 Matlab在本章中的应用 196
5.8.1用Matlab绘制伯德图 196
5.8.2用Matlab绘制乃奎斯特图 200
本章小结 203
习题 204
第6章 控制系统的校正 208
6.1引言 208
6.1.1被控对象 208
6.1.2性能指标 209
6.1.3系统校正 210
6.2线性系统的基本控制规律 212
6.2.1比例控制规律 213
6.2.2比例-微分控制规律 213
6.2.3积分控制规律 214
6.2.4比例-积分控制规律 214
6.2.5比例-积分-微分控制规律 215
6.3串联校正 216
6.3.1超前校正 216
6.3.2滞后校正 222
6.3.3滞后-超前校正 228
6.4反馈校正 233
6.4.1利用反馈校正改变局部结构和参数 234
6.4.2利用反馈校正取代局部结构 235
6.5复合校正 237
6.5.1前馈校正与反馈控制组成的复合控制 237
6.5.2扰动补偿校正与反馈控制组成的复合控制 239
6.6 Matlab在本章中的应用 239
本章小结 248
习题 249
第7章 非线性控制系统 251
7.1非线性控制系统概述 251
7.1.1研究非线性控制理论的意义 251
7.1.2非线性系统的特征 253
7.1.3非线性系统的分析与设计方法 256
7.2常见非线性及其对系统运动的影响 257
7.2.1非线性特性的等效增益 257
7.2.2常见非线性因素对系统运动的影响 259
7.3非线性元件的描述函数 262
7.3.1描述函数的基本概念 262
7.3.2非线性元件描述函数的举例 264
7.3.3用描述函数法分析非线性控制系统 270
7.4相平面分析法 274
7.4.1相平面的基本概念 274
7.4.2线性二阶系统的相轨迹 276
7.4.3绘制相平面图的等倾斜线法 277
7.4.4非线性系统的相平面分析 280
7.5 Matlab在本章中的应用 286
本章小结 290
习题 291
第8章 离散控制系统 294
8.1引言 294
8.2信号的采样与复现 297
8.2.1采样过程 297
8.2.2采样定理 299
8.2.3零阶保持器 301
8.3 z变换与z反变换 302
8.3.1 z变换 303
8.3.2 z变换的基本性质 307
8.3.3 z反变换 310
8.4脉冲传递函数 312
8.4.1串联环节的脉冲传递函数 314
8.4.2闭环系统的脉冲传递函数 315
8.5差分方程 320
8.5.1差分的定义 320
8.5.2差分方程概述 320
8.5.3用z变换法求解差分方程 321
8.5.4用迭代法求解差分方程 323
8.6离散控制系统的性能分析 325
8.6.1离散控制系统的稳定性分析 325
8.6.2闭环极点与瞬态响应的关系 328
8.6.3离散系统的稳态误差 332
8.7 Matlab在本章中的应用 335
8.7.1利用Simulink分析和设计离散控制系统 335
8.7.2利用控制系统工具箱分析和设计离散控制系统 340
8.7.3利用SISO分析工具分析和设计离散控制系统 341
本章小结 342
习题 342