第1章 自动控制原理概述 1
1.1自动控制与自动控制系统 1
1.2自动控制理论的发展 2
1.3自动控制系统的组成框图和基本术语 3
1.4自动控制系统的控制方式 6
1.4.1开环控制系统 6
1.4.2闭环控制系统 7
1.5自动控制系统的分类 10
1.5.1按照元件特性分类 10
1.5.2按照信号传递方式分类 11
1.5.3按照参考输入量变化规律分类 12
1.5.4按照系统参数的变化特征分类 12
1.5.5按照自动控制系统的功能分类 12
1.6自动控制系统的性能指标 13
1.6.1系统的稳定性 13
1.6.2系统的动态性能指标 14
1.6.3系统的稳态性能指标 14
1.7自动控制系统的分析与设计 15
1.7.1系统的分析 15
1.7.2系统的设计 15
本章小结 16
习题及思考题 17
第2章 自动控制系统的数学模型 18
2.1自动控制系统的微分方程 19
2.1.1线性系统微分方程建立的一般步骤 19
2.1.2线性系统微分方程的建立举例 19
2.2拉普拉斯变换 21
2.2.1拉氏变换的定义 21
2.2.2拉氏变换举例 22
2.2.3拉氏变换的性质 22
2.2.4拉氏反变换的性质 24
2.3自动控制系统的传递函数 27
2.3.1传递函数的基本概念 27
2.3.2典型环节的传递函数 30
2.4自动控制系统动态结构图及其等效变换 33
2.4.1动态结构图的绘制 33
2.4.2结构图的等效变换 38
2.5反馈控制系统的传递函数 42
2.5.1反馈控制系统传递函数的定义 42
2.5.2系统对给定作用和扰动作用的闭环传递函数 43
2.5.3系统对给定作用和扰动作用的误差传递函数 43
2.6信号流图及梅逊公式 44
2.6.1信号流图的基本概念 44
2.6.2梅逊公式 46
本章小结 49
习题及思考题 51
第3章 线性系统的时域分析法 53
3.1时域分析基本概念 53
3.2自动控制系统典型输入信号 54
3.3一阶系统的时域分析 56
3.3.1一阶系统的数学模型 56
3.3.2一阶系统的单位阶跃响应 57
3.3.3一阶系统的单位斜坡响应 58
3.3.4一阶系统的单位脉冲响应 58
3.3.5一阶系统的单位加速度响应 59
3.4二阶系统的时域分析 60
3.4.1二阶系统的数学模型 60
3.4.2二阶系统的单位阶跃响应 61
3.4.3二阶系统的单位阶跃响应性能指标 65
3.5自动控制系统的稳定性分析 70
3.5.1稳定性的基本概念 70
3.5.2劳斯稳定性判据的方法 73
3.6自动控制系统的稳态误差分析 76
3.6.1系统稳态误差的定义 76
3.6.2给定输入信号作用下的稳态误差 78
3.6.3扰动信号作用下的稳态误差 81
本章小结 83
习题及思考题 84
第4章 线性系统的根轨迹分析法 86
4.1根轨迹的基本概念 86
4.1.1根轨迹的定义 86
4.1.2根轨迹方程 88
4.2绘制根轨迹的规则 90
4.3自动控制系统动态根轨迹的分析 97
4.3.1闭环零、极点对系统动态性能的影响 97
4.3.2利用根轨迹方法来改善系统的动态性能 99
本章小结 101
习题及思考题 101
第5章 线性系统的频域分析法 103
5.1频率特性的基本概念 103
5.1.1频率特性的定义 103
5.1.2频率特性的数学表示方式 105
5.1.3频率特性的几何表示法 108
5.2典型环节的频率特性 110
5.2.1比例环节 110
5.2.2积分环节 111
5.2.3理想微分环节 112
5.2.4惯性环节 113
5.2.5一阶微分环节 115
5.2.6振荡环节 115
5.2.7延迟环节 118
5.3自动控制系统的开环频率特性 118
5.3.1系统开环幅相频率特性 119
5.3.2系统开环对数频率特性曲线 122
5.3.3最小相位系统与非最小相位系统 127
5.4奈奎斯特稳定性判据 129
5.4.1闭环系统的稳定性 129
5.4.2奈奎斯特稳定性判据 132
5.4.3伯德图上的稳定性判据 135
5.5自动控制系统的稳定裕度 137
5.5.1自动控制系统的稳定裕度的定义 137
5.5.2自动控制系统的稳定性分析 140
5.6闭环频率特性 143
5.6.1闭环频率特性 143
5.6.2闭环频率特性的指标与时域响应的关系 144
5.6.3用频率特性分析系统的性能 146
本章小结 148
习题及思考题 148
第6章 自动控制系统的校正 151
6.1校正的基本概念 151
6.2系统校正的方法 152
6.2.1系统校正的根轨迹法 152
6.2.2系统校正的频率响应法 155
6.3自动控制系统的串联校正 156
6.3.1超前校正 156
6.3.2滞后校正 161
6.3.3串联超前-滞后校正 165
6.4反馈校正 169
6.5复合校正 173
6.5.1复合校正的基本概念 173
6.5.2前馈补偿的复合校正 173
6.6晶闸管直流调速系统工程设计方法 177
6.6.1工程设计方法和步骤 177
6.6.2典型Ⅰ型系统 178
6.6.3典型Ⅱ型系统 181
本章小结 185
习题及思考题 186
第7章Matlab在自动控制系统中的应用 188
7.1 Matlab仿真软件简介 188
7.1.1 Matlab的具体功能 188
7.1.2 Matlab的语言特点 189
7.2 Matlab仿真软件在自动控制原理中的应用 190
7.2.1基本绘图命令 190
7.2.2 Matlab在控制系统中的基础应用 194
7.2.3利用Simulink进行控制系统的仿真 198
7.2.4利用Matlab进行时域分析 204
7.2.5利用Matlab进行根轨迹分析 213
7.2.6利用Matlab进行绘图 216
7.2.7利用Matlab进行频域分析 218
参考文献 228
附录 自动控制原理习题集及答案 229