第1章 绪论 1
1.1控制与反馈控制 1
1.2开环控制和闭环控制 3
1.2.1开环控制 3
1.2.2闭环控制 4
1.3控制系统的分类 5
1.4控制理论的发展历程 6
1.5控制系统的性能基本要求和设计 8
1.5.1对控制系统性能的基本要求 8
1.5.2控制系统的设计问题 9
习题 10
第2章 系统的数学模型 11
2.1概述 11
2.2系统的微分方程 12
2.2.1系统的微分方程 12
2.2.2非线性微分方程的线性化 15
2.3系统的状态方程 17
2.3.1基本概念 18
2.3.2线性系统状态空间表达式的建立 20
2.4系统的传递函数 23
2.4.1传递函数的定义和特性 23
2.4.2传递函数的计算 25
2.4.3传递函数的基本形式 26
2.4.4典型环节的传递函数 27
2.5控制系统的方框图 31
2.5.1方框图的建立 31
2.5.2方框图的等效变换 32
2.5.3梅逊公式 37
2.6控制系统的传递函数 40
2.7系统数学模型的MATLAB建模 42
2.7.1传递函数的MATLAB建模 43
2.7.2状态空间表达式的MATLAB建模 46
习题 49
第3章 系统的时域分析 55
3.1概述 55
3.2系统的典型输入信号 55
3.3系统时域响应的求解 58
3.3.1基于微分方程求解时域响应 58
3.3.2基于状态方程求解时域响应 59
3.3.3基于传递函数求解时域响应 63
3.4系统的时域性能指标 64
3.4.1系统输出响应的时间历程 64
3.4.2系统的动态性能指标 65
3.4.3系统的稳态性能指标 66
3.5系统的时域性能分析 67
3.5.1一阶系统的时域分析 67
3.5.2二阶系统的时域分析 69
3.5.3高阶系统的时域分析 75
3.6控制系统的稳态误差 78
3.6.1稳态误差的概念 78
3.6.2系统的类型 79
3.6.3系统稳态误差的计算 80
3.6.4提高系统稳态精度的方法 84
3.7系统的稳定性分析 86
3.7.1稳定性概念 86
3.7.2系统稳定的条件 87
3.7.3系统稳定性的劳斯判据 90
3.7.4劳斯判据的应用 93
3.8系统的可控性与可观性 94
3.8.1可控性及其判断 95
3.8.2可观性及其判断 98
3.8.3系统传递函数与可控性、可观性的关系 101
3.9系统时域性能的MATLAB分析 101
习题 111
第4章 系统的根轨迹分析 115
4.1根轨迹的基本概念 115
4.2根轨迹的基本条件与绘制规则 116
4.2.1根轨迹的基本条件 116
4.2.2绘制根轨迹的规则 118
4.3系统的根轨迹绘制 126
4.3.1最小相位系统的根轨迹 126
4.3.2系统的参量根轨迹 127
4.3.3零度根轨迹 128
4.4控制系统的根轨迹分析 132
4.4.1增加开环零、极点对根轨迹的影响 132
4.4.2系统性能的根轨迹分析 134
4.5系统根轨迹的MATLAB分析 138
习题 139
第5章 控制系统的频域分析 141
5.1系统的频率特性 141
5.2控制系统的频率特性图 143
5.2.1系统的极坐标图 144
5.2.2系统的对数频率特性图 151
5.3基于系统开环频域特性的奈奎斯特稳定判据 160
5.3.1系统的奈奎斯特稳定条件 160
5.3.2基于对数频率特性图的系统稳定性判据 166
5.4系统的相对稳定性 168
5.5系统的频域性能指标 170
5.5.1开环频率特性与闭环频率特性的关系 171
5.5.2频域性能指标 172
5.5.3频域性能指标与时域性能指标的关系 173
5.6 MATLAB在系统频域特性分析中的应用 174
5.6.1控制系统的频域特性 175
5.6.2频域响应分析的MATLAB实现 176
习题 179
第6章 控制系统的设计 183
6.1概述 183
6.2串联超前校正 185
6.2.1超前校正装置 185
6.2.2基于根轨迹的超前校正 186
6.2.3基于频率响应法的超前校正 190
6.3串联滞后校正 192
6.3.1滞后校正装置 192
6.3.2基于根轨迹法的滞后校正 193
6.3.3基于频域分析法的滞后校正 196
6.4串联滞后-超前校正 197
6.4.1滞后-超前校正装置 197
6.4.2基于根轨迹法的滞后-超前校正 198
6.4.3基于频域分析法的滞后-超前校正 201
6.5 PID控制方法 204
6.5.1 PID控制方法 204
6.6状态反馈与极点配置 210
6.6.1状态反馈 211
6.6.2极点配置方法 212
6.7应用MATLAB进行控制系统设计 214
习题 217
第7章 离散控制系统的基础理论 221
7.1概述 221
7.2信号的采样与复现 223
7.2.1信号的采样 223
7.2.2信号的复现 226
7.3 Z变换与Z反变换 228
7.4离散系统的数学模型 234
7.4.1差分方程 234
7.4.2离散系统的状态空间表达式 237
7.4.3脉冲传递函数 239
7.5离散系统的时域分析 244
7.5.1离散系统的时域性能分析 244
7.5.2离散系统的稳定性分析 248
7.5.3离散系统的稳态误差 252
7.6离散系统的根轨迹分析 255
7.7离散系统的频域分析 256
7.7.1离散系统的频率特性 256
7.7.2离散系统的频率特性分析 258
7.8离散控制系统的设计 259
7.8.1离散系统的PID控制 260
7.8.2最少拍控制系统设计 260
7.9离散系统的MATLAB分析与设计 265
7.9.1连续系统的离散化 265
7.9.2离散系统的数学模型 266
7.9.3离散系统的分析 267
7.9.4离散控制器的设计 272
习题 274
附录A 278
参考文献 284