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目录1

第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 开环控制系统和闭环控制系统1

1.2.1 开环控制系统2

1.2.2 闭环控制系统3

1.3 自动控制系统的分类和组成5

1.3.1 自动控制系统的分类5

1.3.2 自动控制系统的组成6

1.4 控制系统的基本要求7

1.4.1 稳定性7

1.4.2 响应速度7

1.4.3 精确度8

习题8

第2章 数学基础9

2.1 拉普拉斯变换9

2.1.1 知识的回顾9

2.1.2 拉普拉斯变换的定义10

2.2 拉普拉斯变换定理12

2.2.1 平移函数12

2.2.2 f（t）与e-at相乘14

2.2.3 时间比例尺14

2.2.4 微分定理15

2.2.5 终值定理16

2.2.6 初值定理17

2.2.7 积分定理17

2.3 拉普拉斯反变换18

2.3.1 具有不相同极点的F（s）的部分分式展开式19

2.3.2 具有共轭复数极点的F（s）的部分分式展开式20

2.3.3 具有多重极点的F（s）的部分分式展开式21

2.4 拉普拉斯变换法的应用23

第3章 控制系统的数学模型25

3.1 控制系统数学模型的建立25

3.1.1 概述25

3.1.2 线性控制系统数学模型的建立26

3.2 线性控制系统的传递函数28

3.2.1 传递函数的概念29

3.2.2 传递函数的几点说明31

3.2.3 典型环节及其传递函数32

3.3 结构图35

3.3.1 结构图的组成35

3.3.2 结构图的建立36

3.3.3 结构图的等效变换37

3.4.1 信号流图及其组成41

3.4 信号流图41

3.4.2 信号流图的绘制43

3.4.3 梅逊增益公式45

3.4.4 闭环控制系统的传递函数47

习题48

第4章 时域分析法51

4.1 典型输入信号51

4.2 阶跃响应的性能指标53

4.2.1 动态过程53

4.3.1 一阶系统的单位阶跃响应54

4.2.2 稳态过程54

4.3 一阶系统时域分析54

4.3.2 一阶系统的单位脉冲响应55

4.3.3 一阶系统的单位斜坡响应56

4.4 二阶系统时域分析57

4.4.1 二阶系统的单位阶跃响应58

4.4.2 二阶系统的动态性能指标60

4.5 控制系统的稳定性63

4.5.1 稳定的基本概念63

4.5.2 劳斯（Routh）判据64

4.6 基于MATLAB的稳态误差分析67

4.6.1 稳态误差的基本概念67

4.6.2 误差传递函数68

4.6.3 基于MATLAB的稳态误差分析70

习题72

第5章 根轨迹法75

5.1 根轨迹方程75

5.2 绘制根轨迹的基本法则78

5.3 控制系统根轨迹分析84

5.3.1 闭环系统零、极点与系统的阶跃响应85

5.3.2 系统性能指标的估算86

5.4 基于MATLAB的根轨迹绘制及分析87

习题91

第6章 频域分析法93

6.1 频率特性93

6.1.1 频率特性的概念93

6.1.2 频率特性的几何表示94

6.2 典型环节的频率特性98

6.3 稳定性判断104

6.3.1 辐角原理104

6.3.2 奈奎斯特稳定判据105

6.3.3 对数频率稳定判据108

6.4 稳定裕度109

6.4.1 幅值裕度h110

6.4.2 相角裕度γ111

6.5 基于MATLAB的频率特性图绘制112

习题115

第7章 控制系统的校正119

7.1 控制系统校正的概念119

7.1.1 时域分析法校正思想119

7.1.2 频域分析法校正思想120

7.2 串联校正121

7.2.1 超前网络121

7.2.2 迟后网络123

7.2.3 复合网络125

7.3 反馈校正130

习题133

第8章 非线性控制系统134

8.1 非线性问题概述134

8.2 描述函数分析法135

8.2.1 描述函数的概念135

8.2.2 典型非线性特性的描述函数137

8.2.3 用描述函数分析非线性系统的稳定性142

8.3.1 相轨迹的概念144

8.3 相平面分析法144

8.3.2 线性系统的相轨迹145

8.3.3 非线性系统的相轨迹149

第9章 状态空间分析法151

9.1 状态空间方程的建立151

9.1.1 状态空间方程的概念151

9.1.2 状态空间方程的列写方法153

9.2 连续系统状态方程的解法162

9.2.1 时域解法162

9.2.2 复频域解法163

9.3 系统的能控性和能观测性165

9.3.1 能控性165

9.3.2 能观测性168

习题169

第10章 MATLAB简介172

10.1 MathWorks控制系统解决方案172

10.1.1 集成的系统设计环境172

10.1.2 MathWorks产品支持控制流程的关键环节173

10.2.1 TransferFcn（传递函数模块）174

10.2 Simulink与建模仿真174

10.2.2 以零点—极点表示的传递函数模块176

10.2.3 增益模块177

10.2.4 偏移模块178

10.2.5 饱和度模块179

10.2.6 Mux（向量合成模块）181

10.2.7 Constant（常数源模块）181

10.2.8 Pulse Generator（脉冲信号发生器）182

10.2.9 Ramp（“斜坡”信号）184

10.2.10 Step（阶跃函数模块）185

10.2.11 Clock（仿真时间模块）186

10.2.12 Scope（示波器模块）187

10.3 MATLAB控制系统工具箱函数189

10.3.1 时域响应189

10.3.2 频域响应193

10.3.3 根轨迹201

附录A 工具箱命令参考205

参考文献209