目录 1
前言 1
第一章 绪论 1
1-1 引言 1
1-2 控制系统引论 1
1-3 定义 3
1-4 历史背景 4
1-5 数学背景 7
1-6 工程控制问题的一般性质 8
1-7 本教材概况 8
第二章 系统方程的建立 11
2-1 引言 11
2-2 电路和元件 12
2-3 基础线性代数 15
2-4 状态概念 17
2-5 传递函数和方框图 21
2-6 直线运动机械系统 22
2-7 模拟电路 26
2-8 旋转运动机械系统 27
2-9 热力学系统 30
2-10 液压线性执行机构 32
2-11 正位移旋转液压传动 35
2-12 液位系统 37
2-13 旋转功率放大器 38
2-14 直流伺服马达 39
2-15 交流伺服马达 41
2-16 拉格朗日方程式 42
2-17 小结 44
第三章 微分方程的解 46
3-1 引言 46
3-2 控制系统的输入 46
3-3 稳态响应：正弦输入 47
3-4 稳态响应：多项式输入 48
3-5 瞬态响应：经典法 49
3-6 时间常数的定义 51
3-7 例：二阶机械系统 52
3-8 例：二阶电系统 53
3-9 二阶系统的瞬态响应 54
3-10 时间常数的详细说明 56
3-11 状态变量方程 56
3-12 特征值 57
3-13 状态转移矩阵的计算 58
3-14 状态方程式的完全解 60
3-15 状态方程的计算机求解 61
3-16 小结 62
4-1 引言 64
4-2 拉氏变换的定义 64
第四章 拉氏变换 64
4-3 简单函数拉氏变换的推导 65
4-4 拉氏变换理论 66
4-5 拉氏变换在微分方程中的应用 67
4-6 反变换 68
4-7 赫维赛德部分分式展开定理 69
4-8 求部分分式的捷径 74
4-9 部分分式系数的图形解释 75
4-10 由零极点图确定频率响应 77
4-11 极点位置与稳定性 79
4-12 脉冲函数的拉氏变换 79
4-13 具有脉冲激励的二阶系统 80
4-14 矩阵运算及矩阵特性的补充知识 81
4-15 状态方程的解 85
4-16 传递函数矩阵的计算 86
4-17 小结 87
5-1 引言 89
5-2 方框图 89
第五章 系统的描述 89
5-3 总传递函数的确定 91
5-4 标准的方框图术语 93
5-5 位置控制系统 94
5-6 仿真图 97
5-7 信号流图 99
5-8 状态转移信号流图 102
5-9 由传递函数求并联状态图 105
5-10 矩阵的对角化 106
5-11 具有复数特征值的矩阵变换 111
5-12 将矩阵变换成友型 113
5-13 小结 115
第六章 控制系统的特性 117
6-1 引言 117
6-2 劳斯稳定判据 117
6-3 数学的和物理的形式 121
6-4 反馈控制系统的类型 122
6-5 系统类型的分析 123
6-6 实例：“Ⅱ”型系统 127
6-7 稳态误差系数 128
6-8 稳态误差系数的应用 131
6-9 小结 132
第七章 根轨迹 134
7-1 引言 134
7-2 特征方程根轨迹的绘制 134
7-3 根轨迹的定量分析 136
7-4 作图步骤 138
7-5 开环传递函数 138
7-6 控制比C（s）/R（s）的极点 139
7-7 幅值条件和相角条件的应用 140
7-8 根轨迹图的几何性质（作图规则） 143
7-9 例 149
7-10 频率响应 151
7-11 性能指标 152
7-12 传递滞后 155
7-13 综合 156
7-14 负反馈系统根轨迹作图规则的总结 157
7-15 小结 158
第八章 频率响应 159
8-1 引言 159
8-2 正弦函数和时间响应的相互关系 159
8-3 频率响应曲线 160
8-4 波德图（对数频率特性） 161
8-5 一般频率传递函数关系 162
8-6 波德图的绘制 162
8-7 绘制波德图的实例 166
8-8 系统类型和增益与对数幅频特性的关系 168
8-9 确定传递函数的实验方法 169
8-10 极坐标图 170
8-11 小结：极坐标图 173
8-12 逆极坐标图 174
8-13 奈魁斯特稳定判据 176
8-14 使用极坐标图的奈氏判据应用例子 180
8-15 用于具有时间滞后系统的奈氏稳定判据 182
8-16 逆极坐标图的奈氏稳定判据的应用 183
8-17 逆极坐标图的奈氏判据的实例 184
8-18 相角裕量，增益裕量的定义及其与稳定性的关系 184
8-19 对数幅相特性的稳定特性 186
8-20 根据尼柯尔斯图（对数幅-相角）确定系统的稳定性 186
8-21 小结 188
第九章 基于频率响应的闭环特性 190
9-1 引言 190
9-2 直接极坐标图 190
9-3 简单二阶系统的Mm和ωm的确定 191
9-4 正弦响应和时间响应的相互关系 193
9-5 在复数平面C（jω）/R（jω）的M（ω）和α（ω）圆（直接图） 193
9-6 逆坐标图中的圆 198
9-7 单位反馈系统对期望Mm值的增益整定：一般极坐标图 200
9-8 对于单位反馈系统为了获得期望的Mm的增益整定：逆极坐标图 201
9-9 对数幅-相图上的等M和等α曲线（尼氏图） 203
9-10 利用对数幅-相图进行增益调节 204
9-11 零极点图与频域和时域响应的相互关系 205
9-12 小结 207
第十章 根轨迹补偿（校正） 209
10-1 引言 209
10-2 瞬态响应：主导复数极点 210
10-3 附加的有效极点 213
10-4 根轨迹补偿 215
10-5 理想的积分串联补偿 215
10-6 利用无源元件组成的串联滞后补偿 216
10-7 理想的微分串联补偿 219
10-8 无源元件的超前补偿 220
10-10 滞后-超前串联补偿 223
10-9 一般超前补偿装置的设计 223
10-11 各种串联补偿的比较 225
10-12 反馈补偿引论 226
10-13 反馈补偿设计步骤 227
10-14 简单的速度反馈补偿 228
10-15 速度反馈 229
10-16 输出二阶微分反馈 232
10-17 反馈补偿的结果 233
10-18 速度反馈主导复数极点的性能指标 233
10-19 小结 234
第十一章 串联补偿和反馈补偿：频率响应图 236
11-1 引言 236
11-2 串联补偿装置的选择 237
11-3 串联滞后补偿装置 239
11-4 例：串联滞后补偿 240
11-5 超前补偿装置 242
11-6 例：串联超前补偿 244
11-7 滞后-超前补偿 245
11-8 例：串联滞后-超前补偿 247
11-9 利用对数图的反馈补偿 248
11-10 例：反馈补偿（对数图） 250
11-11 小结 252
第十二章 闭环零极点的配置（状态变量反馈） 254
12-1 引言 254
12-2 建立期望控制比 254
12-3 吉赖米恩-杜爱克斯尔设计过程 256
12-4 状态变量反馈 257
12-5 状态反馈的一般特性（利用相变量） 260
12-6 状态变量反馈的稳态误差分析 261
12-7 稳态误差系数的利用 263
12-8 无差系统的定义 266
12-9 可控性与可观测性 267
12-10 状态变量反馈：全极点系统 271
12-11 系统的复数极点 273
12-12 状态变量反馈：零极点系统 273
12-13 小结 278
第十三章 参数灵敏度及不可达状态 280
13-1 引言 280
13-2 灵敏度 280
13-3 灵敏度分析 282
13-4 参数灵敏度的例子 286
13-5 不可达状态 286
13-6 观测性 288
13-7 含有观测器的控制系统 290
13-8 小结 292
第十四章 李亚普洛夫第二方法 293
14-1 引言 293
14-2 状态空间轨迹 293
14-3 线性化〔雅可比（Jacobian）矩阵〕 299
14-4 二次型 302
14-5 稳定性 306
14-6 李亚普洛夫第二方法 308
14-7 李氏方法在线性系统中的应用 311
14-8 瞬态调整时间的估算 314
14-9 小结 315
第十五章 现代控制论导论 317
15-1 引言 317
15-2 设定时间准则的推广 318
15-3 控制面积准则 319
15-4 附加性能指标 319
15-5 零稳态阶跃误差系统 321
15-6 现代控制的性能指标 323
15-7 代数黎卡提（Riccati）方程 326
15-8 例题 329
15-9 最优状态变量反馈系统的波德图分析 331
15-10 最优状态变量反馈系统的根方轨迹分析 334
15-11 高前向增益（HFG）条件的确定 336
15-12 小结 338
第十六章 利用二次型性能指标的最优设计 341
16-1 引言 341
16-2 基本系统 341
16-3 二次型性能指标 341
16-4 稳定状态误差要求 343
16-5 精确的相互关系（经典与现代） 347
16-6 全极点系统与高阶系统的相互关系 350
16-7 高阶系统的相互关系（零极点系统） 354
16-8 相互关系结果的分析 357
16-9 一般设计步骤 358
16-10 控制加权的作用 358
16-11 另一种设计方法 359
16-12 16-11节的推广 363
16-13 具有变参数的系统 364
16-14 小结 367
第十七章 线性多变量控制系统的结构特性 369
17-1 引言 369
17-2 利用控制范式设计单输入单输出系统的状态反馈 369
17-3 标准化的控制规范型（GCCF） 371
17-4 利用状态反馈的极点配置：MIMO系统 375
17-5 本征结构在时间响应上的影响 377
17-6 整个本征结构的配置 379
17-7 观测器本征结构的确定 379
17-8 小结 380
第十八章 利用整个本征结构的配置对线性多变量调节器、观测器和跟踪器 382
的综合 382
18-1 引言 382
18-2 调节器的整个本征结构配置的实例 382
18-3 不可控系统 387
18-4 跟踪系统 388
18-5 跟踪系统设计的实例 389
18-6 观测器综合的一个实例 393
18-7 小结 394
第十九章 数字控制系统 397
19-1 引言 397
19-2 采样 397
19-3 z变换定理 400
19-4 z域中的综合 400
19-5 z的逆变换 403
19-6 零阶保持器 403
19-7 数字计算机的补偿 404
19-8 小结 405
附录A 拉普拉斯变换对表 406
附录B TOTAL：可互换的数字和连续控制系统的分析和综合的计算机辅助设计程序 409
附录C 指数输入函数 414
习题 416
部分习题答案 458