目录 1
1 绪论 1
1.1 系统 1
1.2 控制系统 4
1.2.1 自动控制的基本原理 4
1.2.2 控制系统的分类 7
1.3 系统分析与控制 11
思考题与习题 12
2 控制系统的数学模型 15
2.1 微分方程 16
2.1.1 线性微分方程的列写 16
2.1.2 非线性方程的线性化 20
2.2 传递函数 23
2.3 典型环节及其传递函数 26
2.4.1 动态结构图 28
2.4 动态结构图 28
2.4.2 结构图的等效变换 31
2.4.3 梅逊增益公式 33
2.5 自动控制系统的传递函数 35
2.5.1 开环传递函数 36
2.5.2 闭环传递函数 36
2.5.3 闭环系统的误差传递函数 37
思考题与习题 39
3 控制系统时域分析 45
3.1 典型输入信号 45
3.2 动态性能指标 47
3.3 低阶系统动态性能 49
3.3.1 一阶系统 49
3.3.2 二阶系统 51
3.4 高阶系统分析 56
3.5.1 稳定的基本概念 57
3.5 稳定性 57
3.5.2 线性定常系统稳定的充分必要条件 58
3.5.3 劳斯（Routh）判据 59
3.6 稳态性能 63
3.6.1 误差及稳态误差的定义 63
3.6.2 给定作用下的稳态误差 65
3.6.3 扰动作用下的稳态误差 68
3.7 根轨迹方法 70
3.7.1 根轨迹基本概念 70
3.7.2 根轨迹绘制的基本法则 71
3.7.3 根轨迹的应用 74
思考题与习题 77
4 控制系统频域分析 82
4.1 频率特性 83
4.2.1 开环频率特性 85
4.2 基于开环幅相频率特性曲线的系统分析 85
4.2.2 典型环节的频率特性 86
4.2.3 开环幅相频率特性曲线 92
4.2.4 乃奎斯特稳定判据 97
4.2.5 稳定裕量 106
4.3 基于开环对数频率特性的系统分析 111
4.3.1 对数频率特性曲线 111
4.3.2 典型环节的对数频率特性曲线 113
4.3.3 开环伯德图 120
4.3.4 传递函数的实验测定 123
4.3.5 开环对数频率特性与闭环系统性能的关系 125
4.4 闭环频率特性 134
思考题与习题 136
5 控制系统设计 141
5.1 系统设计的概念 141
5.2 串联校正 143
5.2.1 串联超前校正 145
5.2.2 串联滞后校正 155
5.2.3 串联滞后超前校正 163
5.2.4 PID校正 167
5.2.5 串联校正电路 175
5.3 反馈校正 178
5.3.1 反馈校正的作用 178
5.3.2 反馈校正系统的近似分析 182
5.4 复合校正 186
5.4.1 按扰动补偿的复合校正 186
5.4.2 按输入补偿的复合校正 189
思考题与习题 192
6.1 基本概念 197
6.1.1 离散时间信号 197
6 线性离散控制系统的分析与设计 197
6.1.2 采样控制系统 198
6.1.3 采样控制系统的优点 200
6.2 脉冲传递函数 200
6.2.1 脉冲传递函数的定义 200
6.2.2 开环系统（或环节）的脉冲传递函数 201
6.2.3 闭环系统脉冲传递函数 206
6.2.4 应用Z变换法分析系统的条件 209
6.3 离散系统的性能分析 211
6.3.1 稳定性 211
6.3.2 稳态误差 215
6.3.3 动态特性 217
6.4 数字控制系统的根轨迹 220
6.5 离散系统稳定性的频域分析 222
6.6 数字PID控制方法 224
6.6.1 数字PID控制 225
6.6.2 数字PID控制的参数整定 228
6.7 最少拍离散控制系统的设计 233
6.7.1 数字控制器的基本设计方法及最少拍控制器的设计 233
6.7.2 最小拍有纹波控制器设计 237
6.7.3 最小拍无纹波控制器设计 240
思考题与习题 243
7 控制系统的MATLAB语言分析及设计 248
7.1 MATLAB的使用与程序设计 248
7.1.1 MATLAB简介 248
7.1.2 MATLAB工作环境 250
7.1.3 MATLAB基本工作方式 251
7.1.4 MATLAB数值计算功能 252
7.2 数学模型的MATLAB描述 256
7.2.1 微分方程数值求解MATLAB表示 256
7.2.2 模型之间的转换描述 261
7.2.3 控制系统的建模 264
7.3 MATLAB时域分析及设计 266
7.3.1 系统时域响应的解析解MA TLAB描述 267
7.3.2 根轨迹方法 277
7.4 MATLAB频域分析及设计 281
7.4.1 MATLAB频域分析法 281
7.4.2 Bode（伯德）图绘制方法 283
7.4.3 Nyquist（乃奎斯特）图绘制方法 285
7.4.4 频域设计方法 287
7.5 PID控制器MATLAB辅助分析及设计 295
7.5.1 PID控制作用MATLAB分析 295
7.5.2 数字PID控制算法MATLAB分析 299
7.5.3 数字PID控制器设计 301
思考题与习题 311
附录 MATLAB控制系统工具箱函数表 313
参考文献 316