第1章 自动控制的基本概念 1
1.1概述 1
1.2自动控制的基本原理 2
1.2.1自动控制系统举例 2
1.2.2自动控制系统的构成 4
1.3自动控制系统的基本控制方式 6
1.3.1开环控制 6
1.3.2闭环控制 6
1.3.3复合控制 7
1.4自动控制系统的分类 7
1.4.1按输入信号特征分类 7
1.4.2按系统数学模型分类 7
1.4.3按时间变量特性分类 8
1.4.4按系统参数特性分类 9
1.5对控制系统性能的基本要求 9
1.5.1稳定性 9
1.5.2快速性 10
1.5.3准确性 10
1.6 MATLAB在控制系统研究中的应用 11
习题 12
第2章 控制系统的数学模型 14
2.1概述 14
2.2控制系统微分方程的建立 15
2.2.1典型控制系统的数学模型 16
2.2.2非线性微分方程的线性化 22
2.3传递函数 24
2.3.1传递函数的概念和性质 24
2.3.2典型环节的传递函数 27
2.4控制系统的结构图与信号流图 31
2.4.1结构图的概念 31
2.4.2控制系统结构图的建立 32
2.4.3结构图的等效变换 34
2.4.4信号流图 40
2.4.5梅逊公式 43
2.5控制系统的传递函数 45
2.6控制系统数学模型的MATLAB描述 48
2.6.1 MATLAB中传递函数的描述方法 48
2.6.2应用MATLAB函数化简结构图 50
2.6.3应用Simulink求控制系统的传递函数 51
习题 52
第3章 时域分析法 57
3.1概述 57
3.2瞬态响应 58
3.2.1典型输入信号 58
3.2.2一阶系统的瞬态响应 60
3.2.3二阶系统的瞬态响应 62
3.2.4时域性能指标 66
3.2.5瞬态响应分析 67
3.2.6线性定常系统的重要特性 72
3.2.7高阶系统的近似分析 72
3.3稳定性 74
3.3.1稳定性的基本概念 74
3.3.2劳斯判据 78
3.3.3赫尔维茨判据 83
3.4稳态误差分析 85
3.4.1稳态误差的概念 85
3.4.2稳态误差的计算 86
3.4.3降低稳态误差的主要措施 91
3.5应用MATLAB进行控制系统时域分析 93
3.5.1系统的稳定性分析 93
3.5.2系统的瞬态响应分析 94
3.5.3系统的稳态误差分析 97
习题 99
第4章 根轨迹分析法 102
4.1概述 102
4.2根轨迹的概念 103
4.3根轨迹的绘制 105
4.3.1绘制根轨迹的基本规则 105
4.3.2根轨迹绘制举例 114
4.4广义根轨迹的绘制 118
4.4.1参变量根轨迹的绘制 118
4.4.2正反馈系统根轨迹的绘制 120
4.5控制系统的根轨迹分析 122
4.5.1性能指标在s平面上的表示 122
4.5.2开环零、极点对根轨迹的影响 124
4.5.3闭环零、极点分布与系统性能的关系 126
4.6利用MATLAB绘制根轨迹图 129
习题 132
第5章 频域分析法 135
5.1概述 135
5.2频率特性 136
5.2.1频率特性的基本概念 136
5.2.2频率特性的求取 137
5.3频率特性的图示方法 139
5.3.1极坐标图 139
5.3.2对数坐标图 146
5.3.3对数幅相图 154
5.4频域稳定性判据 155
5.4.1映射定理 155
5.4.2奈奎斯特稳定判据 156
5.5控制系统的稳定裕量 162
5.5.1相角裕量 162
5.5.2幅值裕量 162
5.5.3稳定裕量的计算 163
5.5.4稳定裕量与瞬态性能指标之间的关系 165
5.6控制系统的闭环频率特性 167
5.6.1闭环频率特性曲线的绘制 167
5.6.2闭环频域性能指标 171
5.6.3闭环频域性能指标与瞬态性能指标之间的关系 172
5.7利用MATLAB进行控制系统频域分析 174
5.7.1对数坐标图的绘制 174
5.7.2极坐标图的绘制 175
5.7.3对数幅相图的绘制 176
习题 178
第6章 线性控制系统的校正 181
6.1概述 181
6.2校正装置及其特性 183
6.2.1无源校正装置 183
6.2.2有源校正装置 187
6.2.3 PID调节器 189
6.3串联校正 190
6.3.1串联超前校正 190
6.3.2串联滞后校正 193
6.3.3串联滞后-超前校正 196
6.4反馈校正 198
6.4.1反馈校正的原理及特点 198
6.4.2反馈校正及其参数确定 200
6.5复合校正 202
6.5.1复合校正的原理及特点 202
6.5.2复合校正及其参数确定 203
6.6应用MATLAB进行系统校正 205
6.6.1应用MATLAB程序进行系统校正 205
6.6.2 Simulink环境下的系统设计和校正 206
习题 208
第7章 离散控制系统 211
7.1概述 211
7.2采样过程与采样定理 213
7.2.1采样过程及其数学描述 213
7.2.2采样定理 214
7.2.3信号的保持 216
7.3 Z变换理论 218
7.3.1 Z变换定义和性质 218
7.3.2 Z变换方法 221
7.3.3 Z反变换方法 225
7.4离散控制系统的数学描述 227
7.4.1线性常系数差分方程 227
7.4.2脉冲传递函数 229
7.5离散控制系统的稳定性分析及瞬态响应 238
7.5.1稳定性分析 238
7.5.2瞬态响应 242
7.6离散控制系统的稳态误差 243
7.7离散系统的数字控制器设计 246
7.8 MATLAB在离散控制系统中的应用 252
7.8.1离散系统数学模型的建立 252
7.8.2离散控制系统的数学分析 253
习题 256
第8章 非线性系统分析 259
8.1概述 259
8.2非线性系统的特点 260
8.2.1典型非线性特性 260
8.2.2非线性系统的运动特点 261
8.3相平面法 263
8.3.1相平面的基本概念 263
8.3.2相平面图的绘制 264
8.3.3奇点和极限环 268
8.3.4相平面分析举例 271
8.4描述函数法 275
8.4.1描述函数的基本概念 275
8.4.2典型非线性特性的描述函数 277
8.4.3用描述函数法分析非线性系统 281
8.5 MATLAB在非线性控制系统分析中的应用 289
8.5.1利用Simulink绘制非线性系统相轨迹图 289
8.5.2利用MATLAB判断非线性系统的稳定性及自激振荡 291
习题 292
附录 部分习题参考答案 295
参考文献 302