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1绪论1

1.1自动控制的基本概念1

1.1.1基本概念1

1.1.2开环控制与闭环控制的实例2

1.2自动控制理论的发展3

1.2.1经典控制理论3

1.2.2现代控制理论4

1.2.3大系统理论4

1.2.4智能控制4

1.3控制系统的分类5

1.3.1恒值系统和随动系统5

1.3.2线性系统和非线性系统5

1.3.3连续系统和离散系统5

1.4对控制系统的基本要求6

1.4.1稳定性6

1.4.2动态性能6

1.4.3稳态性能6

本章小结6

习题6

2控制系统的数学模型8

2.1基本概念8

2.1.1数学模型8

2.1.2控制系统8

2.2时域模型——微分方程9

2.2.1建立系统或元件微分方程的步骤9

2.2.2典型系统的微分方程10

2.2.3非线性方程线性化方法14

2.3复域模型——传递函数15

2.3.1传递函数的定义15

2.3.2传递函数的性质和物理意义16

2.3.3典型环节的传递函数16

2.3.4传递函数的表示方式和术语18

2.4控制系统方块图20

2.4.1方块图简介20

2.4.2方块图的化简22

2.4.3闭环系统的方块图和传递函数25

2.5状态空间模型28

2.5.1状态变量表达式相关概念29

2.5.2由微分方程建立状态变量表达式31

2.5.3状态变量表达式和传递函数的关系35

本章小结41

习题41

3线性系统的时域分析44

3.1系统的稳定性分析44

3.1.1稳定的概念44

3.1.2稳定的充要条件45

3.1.3劳斯稳定判据46

3.2二阶系统的动态性能分析52

3.2.1典型输入信号52

3.2.2动态性能指标53

3.2.3二阶系统的时域响应54

3.2.4高阶系统的时域响应59

3.3系统稳态性能分析62

3.3.1稳态误差的定义63

3.3.2输入信号作用下系统的稳态误差64

3.3.3扰动信号作用时系统的稳态误差68

本章小结70

习题70

4线性系统的频域分析75

4.1线性系统的频率响应75

4.2频率特性的图形表示77

4.2.1幅相频率特性曲线78

4.2.2对数频率特性曲线86

4.3奈奎斯特稳定判据95

4.3.1奈奎斯特稳定判据的数学基础95

4.3.2奈奎斯特稳定判据95

4.4控制系统的相对稳定性100

4.4.1相对稳定性100

4.4.2稳定裕度的求取102

4.5频域响应分析105

4.5.1频率性能指标105

4.5.2频域指标与时域指标的关系105

本章小结108

习题108

5线性系统的校正113

5.1系统设计与校正的概念113

5.1.1系统性能指标113

5.1.2校正的实质114

5.1.3校正方式115

5.1.4对数幅频特性的形状对系统性能指标的影响115

5.2常用校正装置117

5.2.1无源超前网络117

5.2.2无源滞后网络118

5.2.3滞后-超前无源网络119

5.3串联校正的频率法设计120

5.3.1串联超前校正120

5.3.2串联滞后校正122

5.3.3串联滞后-超前校正124

5.4PID调节器126

5.4.1PID的基本控制作用126

5.4.2PID控制器的参数确定129

本章小结133

习题133

6采样系统分析135

6.1引言135

6.2信号的采样与保持135

6.2.1采样信号的数学表示135

6.2.2采样信号的频谱分析136

6.2.3采样定理137

6.2.4信号的保持138

6.3z变换139

6.3.1z变换的定义140

6.3.2z变换的求法140

6.3.3z变换的性质141

6.3.4z反变换144

6.4采样系统的脉冲传递函数146

6.4.1脉冲传递函数的定义和意义146

6.4.2脉冲传递函数的求法147

6.4.3开环脉冲传递函数148

6.4.4闭环脉冲传递函数149

6.5采样系统分析151

6.5.1采样系统的稳定性151

6.5.2采样系统的稳态性能153

6.5.3采样系统的动态性能155

本章小结158

习题158

7状态空间分析设计161

7.1状态空间的线性变换161

7.1.1线性变换161

7.1.2线性变换的不变性162

7.1.3线性系统的规范化163

7.2线性定常系统状态方程的解168

7.2.1线性定常系统齐次方程的解168

7.2.2状态转移矩阵的性质169

7.2.3状态转移矩阵的求取170

7.2.4非齐次状态方程的解171

7.3线性连续系统的可控性与可观测性分析172

7.3.1线性连续系统的可控性与可观测性的概念172

7.3.2线性连续系统的可控性判据173

7.3.3线性定常连续系统的可观测性判据175

7.3.4通过线性变换将单输入系统化为可控标准型和可观测标准型177

7.3.5对偶原理180

7.3.6传递函数矩阵与可控性、可观测性的关系180

7.4线性定常系统的状态反馈和极点配置180

7.4.1状态反馈和输出反馈180

7.4.2状态反馈进行极点的任意配置182

本章小结184

习题184

参考文献187