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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 自动控制系统的基本结构2

1.2.1 开环控制系统2

1.2.2 闭环控制系统3

1.3 自动控制系统的类型5

1.3.1 按系统输入信号的变化规律分类5

1.3.2 按系统的响应特性分类6

1.4 控制系统的基本要求和典型输入信号7

1.4.1 控制系统的基本要求的提法7

1.4.2 典型输入信号8

1.5 基于MATLB的控制系统分析与设计9

本章小结10

习题10

第2章 控制系统的数学模型12

2.1 控制系统微分方程的建立12

2.1.1 列写微分方程的一般方法12

2.1.2 非线性数学模型的线性化12

2.2 控制系统的传递函数16

2.2.1 传递函数的概念17

2.2.2 传递函数的表达式和性质17

2.2.3 传递函数的求法18

2.2.4 常见元部件的传递函数19

2.3 控制系统的传递函数方框图与信号流图20

2.3.1 传递函数方框图的建立23

2.3.2 方框图的等效变换规则24

2.3.3 典型闭环系统方框图及其传递函数27

2.3.4 信号流图与梅逊公式34

2.4 数学模型的实验测定法36

2.5 MATLAB在求解线性微分方程及系统框图化简中的应用39

2.5.1 MATLB在求解线性微分方程中的应用44

2.5.2 MATLB在系统方框图化简中的应用49

本章小结54

习题55

第3章 时域分析法59

3.1 线性定常系统的时间响应及阶跃响应性能指标59

3.1.1 时间响应59

3.1.2 单位阶跃响应性能指标60

3.2 一阶系统的时域分析61

3.2.1 一阶系统数学模型61

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应61

3.2.3 一阶系统单位阶跃响应性能指标62

3.3 二阶系统的时域分析63

3.3.1 二阶系统的数学模型63

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应63

3.3.3 二阶系统响应性能的改善方法69

3.4 高阶系统的时域分析简介71

3.5 线性定常系统的稳定性分析72

3.5.1 稳定性的概念72

3.5.2 线性定常系统稳定的条件73

3.5.3 劳斯稳定判据74

3.6 线性定常系统的稳态误差分析78

3.6.1 稳态误差的概念78

3.6.2 参考输入作用下的稳态误差计算79

3.6.3 干扰作用下稳态误差的计算82

3.6.4 关于降低稳态误差的问题85

3.7 MATLAB在系统时域分析中的应用86

3.7.1 MATLAB在分析系统稳定性中的应用86

3.7.2 MATLAB在系统的动态特性分析中的应用87

3.7.3 系统单位阶跃响应的求法89

本章小结90

习题90

第4章 根轨迹法93

4.1 根轨迹的概念与根轨迹方程93

4.1.1 根轨迹93

4.1.2 根轨迹方程94

4.2 绘制根轨迹的基本规则及根轨迹的绘制95

4.2.1 绘制根轨迹的基本规则95

4.2.2 根轨迹的绘制101

4.3 广义根轨迹105

4.3.1 参数根轨迹105

4.3.2 多回路的根轨迹106

4.3.3 正反馈回路的根轨迹107

4.3.4 迟后系统的根轨迹108

4.4 利用根轨迹分析系统的性能111

4.4.1 主导极点的概念111

4.4.2 增加开环零点对根轨迹的影响111

4.4.3 根轨迹增益的确定及系统性能的分析111

4.5 利用MATLAB绘制根轨迹113

4.5.1 常规根轨迹的绘制113

4.5.2 零度根轨迹的绘制118

本章小结120

习题120

第5章 频域分析法123

5.1 频率特性123

5.1.1 频率特性的概念123

5.1.2 频率特性与传递函数的关系125

5.1.3 频率特性的求法及图示方法126

5.2 频率特性的极坐标图（Nyquist）129

5.2.1 典型环节的频率特性及其极坐标图129

5.2.2 高阶系统极坐标图的一般规律132

5.3 频率特性的对数坐标（Bode）图134

5.3.1 Bode图及其特点134

5.3.2 典型环节的Bode图134

5.3.3 开环系统的Bode图138

5.3.4 对数幅相图（Nichols图）143

5.4 Nyquist稳定判据144

5.4.1 Nyquist稳定判据的数学基础144

5.4.2 Nyquist稳定判据145

5.4.3 Nyquist稳定判据在Bode图上的应用151

5.5 控制系统的相对稳定性154

5.5.1 系统的相对稳定性154

5.5.2 相位裕度γ和幅值裕度kg154

5.6 闭环频率特性156

5.6.1 闭环频率特性的图形表示156

5.6.2 系统频域指标与时域指标之间的关系162

5.7 频率特性的实验确定法164

5.7.1 用正弦信号测试频率特性的原理165

5.7.2 根据频率特性（Bode图）确定传递函数166

5.7.3 由实验频率特性求系统传递函数的实例167

5.8 MATLAB在频率分析中的应用168

5.8.1 应用MATLAB绘制Bode图170

5.8.2 应用MATLAB绘制乃奎斯特图171

本章小结175

习题175

第6章 控制系统的综合与校正179

6.1 系统校正与综合概述179

6.1.1 控制系统设计的步骤179

6.1.2 性能指标180

6.1.3 校正方式180

6.1.4 校正方法181

6.2 基本控制规律简介182

6.3 常用校正装置及其特性184

6.3.1 无源校正装置184

6.3.2 有源校正装置189

6.4 串联校正装置的频域设计191

6.4.1 串联超前校正装置191

6.4.2 串联滞后校正装置193

6.4.3 串联滞后—超前校正195

6.5 反馈校正198

6.6 根轨迹在系统校正中的应用201

6.6.1 超前校正202

6.6.2 串联滞后校正204

6.7 MATLAB在系统校正中的应用207

本章小结210

习题211

第7章 非线性控制系统分析213

7.1 非线性系统的基本概念213

7.2 常见非线性特性及其对系统运动的影响213

7.2.1 饱和特性213

7.2.2 死区特性214

7.2.3 间隙特性214

7.2.4 继电特性214

7.2.5 非线性系统的分析方法215

7.3 相平面法215

7.3.1 相轨迹及其绘制方法216

7.3.2 非线性系统的相平面分析225

7.4 描述函数法230

7.4.1 描述函数的概念230

7.4.2 典型非线性特性的描述函数231

7.4.3 用描述函数分析非线性系统235

本章小结238

习题239

第8章 线性离散系统240

8.1 离散控制系统概述240

8.1.1 离散控制系统的组成240

8.1.2 离散控制系统的特点241

8.2 信号的采样与采样定理241

8.2.1 采样过程241

8.2.2 采样定理242

8.2.3 采样周期的选取245

8.3 信号恢复245

8.3.1 零阶保持器245

8.3.2 一阶保持器247

8.4 Z变换248

8.4.1 Z变换的定义248

8.4.2 Z变换方法249

8.4.3 Z变换性质250

8.4.4 Z反变换253

8.5 离散系统的数学模型254

8.5.1 离散系统的线性差分方程255

8.5.2 脉冲传递函数256

8.6 离散控制系统分析264

8.6.1 线性离散控制系统的稳定性分析264

8.6.2 线性离散控制系统的瞬态响应269

8.6.3 线性离散控制系统的稳态误差273

8.6.4 MATLAB在离散系统中的应用276

本章小结278

习题279

附录 常用数学工具282

附1 拉普拉斯变换282

附1.1 拉普拉斯变换的定义282

附1.2 拉普拉斯变换的定理和运算282

附1.3 拉普拉斯反变换283

附1.4 拉普拉斯反变换对照表283

附2 Z变换286

附2.1 Z变换的定义286

附2.2 Z变换的重要定理和运算286

附2.3 Z反变换286

附2.4 修正的Z变换288

附2.5 Z变换对照表288

参考文献290