第1章 自动控制的一般概念 1
1.1 开环控制与闭环控制 2
1.1.1 自动控制系统 2
1.1.2 开环控制 3
1.1.3 闭环（反馈）控制 4
1.2 控制系统举例 5
1.2.1 随动系统 5
1.2.2 恒值控制系统 6
1.2.3 数字控制系统 7
1.2.4 计算机控制系统 8
1.3 控制系统的组成与对控制系统的基本要求 9
1.3.1 控制系统的组成 9
1.3.2 对控制系统的基本要求 10
1.4 控制系统设计概述 10
本章小结 12
习题 12
第2章 模型 14
2.1 模型的定义和分类 14
2.2 控制系统的数学模型 16
2.3 建立系统微分方程的一般方法 17
2.4 用拉氏变换解线性微分方程 21
2.4.1 拉普拉斯变换的定义 21
2.4.2 几种典型函数的拉氏变换 22
2.4.3 拉氏变换的积分下限问题 23
2.4.4 拉氏变换的几个基本法则 24
2.4.5 拉普拉斯反变换 26
2.4.6 用拉氏变换求解微分方程 29
2.5 传递函数 30
2.5.1 传递函数的概念及定义 31
2.5.2 关于传递函数的几点说明 32
2.5.3 典型环节的传递函数 33
2.6 动态结构图 37
2.6.1 动态结构图的概念 37
2.6.2 系统动态结构图的建立 38
2.6.3 结构图的基本形式 40
2.6.4 结构图的等效变换法则 40
2.6.5 结构图变换举例 45
2.7 自动控制系统的传递函数 48
2.8 信号流图及梅逊增益公式 50
2.8.1 信号流图的组成 50
2.8.2 信号流图的绘制 51
2.8.3 梅逊增益公式 53
2.9 控制系统分析仿真工具MATLAB简介 55
2.9.1 常量及变量的说明 55
2.9.2 基本运算 56
2.9.3 基本绘图操作 58
2.9.4 SIMULINK与控制系统仿真 59
2.10 应用MATLAB进行分析及运算 63
2.10.1 多项式描述及解代数方程 63
2.10.2 应用MATLAB进行拉普拉斯逆变换 64
2.10.3 控制系统数学模型的MATLAB实现 66
本章小结 73
习题 74
第3章 自动控制系统的时域分析 78
3.1 典型控制过程及性能指标 78
3.1.1 典型控制过程 78
3.1.2 阶跃响应的性能指标 81
3.2 一阶系统分析 82
3.2.1 一阶系统的数学模型 83
3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应 83
3.2.3 一阶系统的单位脉冲响应 85
3.2.4 一阶系统的单位斜坡响应 86
3.2.5 三种响应之间的关系 87
3.3 二阶系统分析 87
3.3.1 二阶系统的数学模型 87
3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应 88
3.3.3 二阶系统的单位脉冲响应 97
3.3.4 二阶系统的单位斜坡响应 98
3.3.5 改善二阶系统响应特性的措施 99
3.4 高阶系统分析 101
3.4.1 三阶系统的单位阶跃响应 101
3.4.2 高阶系统的单位阶跃响应 102
3.4.3 闭环主导极点 104
3.4.4 高阶系统的动态性能估算 105
3.5 稳定性与代数判据 106
3.5.1 稳定的概念和定义 107
3.5.2 稳定性的代数判据 111
3.5.3 结构不稳定及其改进措施 115
3.6 稳态误差分析 116
3.6.1 误差及稳态误差的定义 117
3.6.2 稳态误差的计算 117
3.6.3 系统结构、外作用与稳态误差的关系 119
3.6.4 系统的型别和静态误差系数 120
3.6.5 改善系统稳态精度的方法 123
3.7 应用MATLAB分析系统的性能 124
3.7.1 时域响应曲线的绘制 124
3.7.2 求系统的时域性能指标 129
3.7.3 判断系统的稳定性 130
本章小结 130
习题 131
第4章 根轨迹法 138
4.1 根轨迹的基本概念 138
4.2 绘制根轨迹的基本条件和基本规则 139
4.2.1 绘制根轨迹的基本条件 139
4.2.2 绘制根轨迹的基本规则 140
4.3 特殊根轨迹 150
4.3.1 参数根轨迹 150
4.3.2 正反馈回路的根轨迹 151
4.3.3 滞后系统的根轨迹 153
4.4 系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系 158
4.4.1 用闭环零极点表示的阶跃响应解析式 158
4.4.2 闭环零极点分布与阶跃响应的定性关系 159
4.4.3 主导极点与偶极子 159
4.4.4 利用主导极点估算系统的性能指标 159
4.5 开环零极点的变化对根轨迹的影响 161
4.5.1 开环零点的变化对根轨迹的影响 161
4.5.2 开环极点的变化对根轨迹的影响 164
4.6 用MATLAB作根轨迹图 166
4.6.1 画根轨迹图 166
4.6.2 求根轨迹上任意点的增益值 168
4.6.3 对根轨迹指定区域进行放大 168
本章小结 170
习题 171
第5章 频率法 177
5.1 频率特性 177
5.1.1 幅相频率特性 180
5.1.2 对数频率特性 180
5.2 基本环节的频率特性 181
5.2.1 比例环节 181
5.2.2 惯性环节 182
5.2.3 积分环节 184
5.2.4 振荡环节 185
5.2.5 微分环节 186
5.2.6 一阶不稳定环节 188
5.2.7 时滞环节 189
5.3 系统开环频率特性的绘制 190
5.4 用频率法分析控制系统的稳定性 193
5.4.1 开环频率特性与闭环特征方程的关系 193
5.4.2 奈奎斯特稳定判据 194
5.4.3 虚轴上有开环特征根时的奈奎斯特判据 197
5.4.4 用对数频率特性判断系统的稳定性 198
5.4.5 控制系统的相对稳定性 199
5.5 开环频率特性与系统动态性能的关系 204
5.5.1 低频段 204
5.5.2 中频段 205
5.5.3 高频段 206
5.6 系统的闭环频率特性 206
5.6.1 等M圆图 207
5.6.2 等N圆图 208
5.6.3 根据闭环频率特性分析系统的时域响应 209
5.7 用MATLAB进行频域分析 212
5.7.1 绘制系统的Bode图 212
5.7.2 绘制系统的Nyquist图 215
5.7.3 绘制包含有数值为零的极点的系统的Nyquist图 218
5.7.4 求幅值裕量、相角裕量、剪切频率和增益交界频率 220
本章小结 221
习题 222
第6章 控制系统的校正 229
6.1 控制系统校正的概念 229
6.2 串联校正 230
6.2.1 超前校正 231
6.2.2 滞后校正 239
6.2.3 滞后-超前校正 247
6.3 反馈校正 251
6.3.1 利用反馈校正改变局部结构和参数 251
6.3.2 利用反馈校正取代局部结构 252
6.4 前置校正 253
6.4.1 稳定与精度 254
6.4.2 抗扰与跟踪 256
6.5 根轨迹法在系统校正中的应用 256
6.5.1 串联超前校正 257
6.5.2 串联滞后校正 260
本章小结 263
习题 264
第7章 采样系统分析 269
7.1 采样系统 269
7.2 采样过程与采样定理 271
7.2.1 采样过程 271
7.2.2 采样定理 275
7.3 信号保持 275
7.4 Z变换理论 278
7.4.1 Z变换定义 278
7.4.2 Z变换方法 278
7.4.3 Z变换性质 281
7.4.4 Z反变换 282
7.4.5 用Z变换法求解差分方程 285
7.5 脉冲传递函数 286
7.5.1 脉冲传递函数的定义 286
7.5.2 脉冲传递函数的物理意义 287
7.5.3 脉冲传递函数的求法 289
7.5.4 开环系统脉冲传递函数 290
7.5.5 闭环系统冲传递函数 292
7.6 采样系统性能分析 295
7.6.1 稳定性分析 295
7.6.2 稳态误差分析 300
7.6.3 动态性能分析 303
7.6.4 根轨迹法在采样系统中的应用 307
7.6.5 频率法在采样系统中的应用 309
7.7 用MATLAB分析采样控制系统 311
7.7.1 模型的转换 311
7.7.2 时域分析 312
7.7.3 根轨迹分析 314
7.7.4 频域分析 315
本章小结 316
习题 317
部分习题参考答案 320
参考文献 327