第1章 自动控制的基本概念 1
1.1自动控制系统 2
1.2自动控制系统的类型 5
1.2.1开环、闭环与复合控制系统 6
1.2.2线性系统与非线性系统 7
1.2.3连续系统与离散系统 8
1.2.4定常系统与时变系统 9
1.2.5 SISO系统和MIMO系统 10
1.2.6集中参数系统与分布参数系统 10
1.3控制系统性能的基本要求 10
1.3.1稳定性 10
1.3.2暂态性能 11
1.3.3稳态性能 11
1.4本书内容的安排 11
本章小结 12
习题与应用题 13
第2章 连续系统的数学模型 17
2.1系统数学模型的概念 18
2.1.1数学模型的定义与主要类型 18
2.1.2建立数学模型的方法 19
2.2微分方程描述 19
2.3传递函数 25
2.3.1传递函数与脉冲响应函数的定义 25
2.3.2传递函数的表达式 26
2.3.3线性系统的基本环节 27
2.4结构图 30
2.4.1结构图的基本组成 30
2.4.2结构图的变换法则 33
2.4.3结构图的简化 33
2.4.4反馈控制系统的传递函数 38
2.5信号流图 41
2.5.1信号流图的定义及基本性质 41
2.5.2信号流图的构造 42
2.5.3信号流图的变换法则与简化 45
2.5.4梅森增益公式 48
2.6系统数学模型的MATLAB表示 50
2.6.1传递函数的MATLAB表示 51
2.6.2结构图的MATLAB表示 53
本章小结 53
习题与应用题 54
第3章 时域分析法 63
3.1稳定性分析 64
3.1.1稳定性的概念 64
3.1.2系统稳定的条件 65
3.1.3劳斯稳定判据 66
3.1.4赫尔维茨稳定判据 71
3.2暂态性能分析 73
3.2.1典型输入信号 73
3.2.2暂态性能指标 75
3.2.3一阶系统的暂态性能分析 77
3.2.4典型二阶系统的暂态性能分析 79
3.2.5高阶系统暂态性能近似分析 87
3.3稳态性能分析 93
3.3.1控制系统误差与稳态误差的定义 93
3.3.2控制系统型号或无差度的定义 95
3.3.3终值定理法 96
3.3.4误差系数法 99
3.3.5扰动作用下的稳态误差分析 102
3.3.6复合控制系统及误差分析 105
3.4 MATLAB辅助分析控制系统时域性能 108
3.4.1 MATLAB辅助控制系统稳定性分析 108
3.4.2 MATLAB求控制系统的单位阶跃响应 108
本章小结 110
习题与应用题 111
第4章 根轨迹法 121
4.1根轨迹的基本概念 122
4.2根轨迹的绘制 123
4.3零度根轨迹的绘制 126
4.4广义根轨迹的绘制 129
4.5控制系统的根轨迹分析法 130
4.6用MATLAB绘制根轨迹 131
本章小结 132
习题与应用题 133
第5章 频率法 135
5.1频率特性 136
5.1.1频率特性的定义 136
5.1.2频率响应 137
5.1.3频率特性的几何表示 139
5.2典型环节频率特性的伯德图 141
5.3控制系统开环频率特性的伯德图 147
5.4由伯德图确定传递函数 154
5.4.1最小与非最小相位系统的概念 154
5.4.2由伯德图确定传递函数 154
5.4.3频率特性的实验确定法 156
5.5奈奎斯特稳定判据 158
5.5.1辐角原理 159
5.5.2奈奎斯特稳定判据 159
5.5.3举例 163
5.6控制系统相对稳定性分析 169
5.7 MATLAB在频率法中的应用 173
5.7.1用 MATLAB绘制奈氏图 173
5.7.2用MATLAB绘制伯德图 174
5.7.3用MATLAB分析相对稳定性 174
本章小结 175
习题与应用题 176
第6章 线性系统的校正方法 183
6.1控制系统校正的概念 184
6.1.1控制系统的设计步骤 184
6.1.2校正的概念与校正方案 185
6.1.3校正方法 189
6.2超前校正 190
6.2.1超前校正及其特性 190
6.2.2用频域法确定超前校正参数 193
6.2.3超前校正装置 196
6.3滞后校正 199
6.3.1滞后校正及其特性 199
6.3.2用频域法确定滞后校正参数 201
6.3.3滞后校正装置 204
6.4滞后-超前校正 206
6.4.1滞后-超前校正网络 206
6.4.2用频域法确定滞后-超前校正参数 208
6.5串联校正的综合法 210
6.5.1综合法的基本方法 210
6.5.2按最佳二阶系统校正 211
6.5.3按典型三阶系统校正 214
6.6 Simulink在控制系统仿真中的应用 216
本章小结 217
习题与应用题 218
第7章 离散系统控制理论 221
7.1信号的采样与保持 222
7.1.1信号的采样 222
7.1.2采样信号的保持 227
7.2差分方程 232
7.2.1差分方程的概念 232
7.2.2微分方程描述的差分化 233
7.2.3差分方程的递推解法 239
7.2.4差分方程的经典解法 240
7.3 z变换 243
7.3.1z变换的定义 243
7.3.2z变换的基本定理 245
7.3.3z变换的基本方法 251
7.3.4z逆变换 255
7.3.5差分方程的z变换解法 261
7.4 z传递函数 263
7.4.1z传递函数的概念 263
7.4.2开环z传递函数 266
7.4.3闭环z传递函数 268
7.4.4带有扰动的系统输出z变换式 270
7.5线性离散系统的稳定性分析 271
7.5.1朱利稳定判据 272
7.5.2舒尔-科恩稳定判据 273
7.5.3修正劳斯稳定判据 274
7.6线性离散系统的暂态性能分析 276
7.6.1离散系统的暂态性能指标 276
7.6.2离散系统极点分布与动态响应的关系 278
7.6.3离散系统暂态性能指标的计算公式 280
7.7线性离散系统的稳态误差分析 285
7.8线性离散系统设计方法 287
7.8.1数字PID控制 288
7.8.2数字控制器的z传递函数 289
7.8.3最少拍离散控制系统设计方法 290
7.9 MATLAB在离散系统分析中的应用 294
本章小结 296
习题与应用题 298
第8章 非线性控制系统分析 303
8.1典型非线性特性 304
8.1.1饱和特性 304
8.1.2死区特性 305
8.1.3间隙特性 306
8.1.4继电器特性 307
8.2描述函数法 308
8.2.1描述函数法的基本思想与条件 308
8.2.2描述函数 309
8.2.3典型非线性特性的描述函数 313
8.2.4用描述函数法分析非线性系统的自激振荡 320
8.3相平面法 326
8.3.1相平面 327
8.3.2相轨迹的绘制方法 330
8.3.3奇点 334
8.3.4极限环 339
8.3.5非线性系统相平面分区线性化方法 342
8.4 MATLAB在非线性系统分析中的应用 345
本章小结 346
习题与应用题 347
第9章 控制系统的状态空间分析 351
9.1状态空间模型 352
9.1.1状态与状态空间的概念 352
9.1.2系统的状态空间描述 353
9.1.3状态方程的线性变换 356
9.2线性系统的能控性和能观性分析 358
9.2.1系统能控性和能观性问题 358
9.2.2线性定常系统的能控性 359
9.2.3线性定常系统的能观性 364
9.2.4状态空间表达式的能控标准型与能观标准型 368
9.2.5对偶原理 373
9.3李雅普诺夫稳定判据 374
9.3.1李雅普诺夫稳定性定义 375
9.3.2李雅普诺夫稳定判据 377
9.3.3线性连续系统的李雅普诺夫稳定判据 380
9.3.4线性离散系统的李雅普诺夫稳定判据 381
9.4状态方程的求解 384
9.4.1线性连续系统状态方程的求解 384
9.4.2线性离散系统状态方程的求解 386
9.5状态反馈控制与状态观测器的设计 389
9.5.1状态反馈 390
9.5.2状态反馈的设计 391
9.5.3状态观测器的设计 396
9.6线性二次型最优控制 399
9.6.1线性二次型最优控制问题 399
9.6.2线性连续系统有限时间状态调节器 400
9.6.3线性连续系统无限时间定常状态调节器 402
9.6.4线性离散系统状态调节器 405
9.7 MATLAB在状态空间分析中的应用 407
本章小结 408
习题与应用题 409
附录 常用拉普拉斯变换和z变换表 415
习题与应用题部分参考答案 419
参考文献 431