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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形式3

1.2.1　开环控制系统4

1.2.2　闭环控制系统6

1.2.3　智能化发展趋势10

1.3 自动控制的基本方式11

1.3.1　反馈控制与顺馈控制11

1.3.2　复合控制12

1.4 自动控制系统的基本类型14

1.4.1 连续控制系统与离散控制系统14

1.4.2　线性控制系统与非线性控制系统15

1.4.3　定常系统与时变系统16

1.4.4　恒值控制系统与随动控制系统17

1.5 对自动控制系统的基本要求18

1.5.1　基本要求18

1.5.2　典型输入信号20

1.6 历史的回顾与全书的体系结构23

小结26

典型例题分析28

习题32

第2章　控制系统的数学描述34

2.1 引言34

2.2　输入输出描述法39

2.2.1　输入输出微分方程的建立及其求解39

2.2.2　传递函数与传递函数的零点和极点42

2.2.3　典型环节的传递函数50

2.2.4　多变量系统的传递函数阵58

2.3 数学模型图示法与反馈控制系统的传递函数60

2.3.1　结构图60

2.3.2　信号流图与梅森增益公式69

2.3.3　状态变量图76

2.3.4　反馈控制系统的传递函数79

2.3.5　应用MATLAB求反馈控制系统的传递函数83

2.4　状态空间描述法90

2.4.1　状态与状态空间90

2.4.2　控制系统的状态空间表达式94

2.4.3　线性定常系统状态空间表达式的建立98

2.4.4　系统零极点及其与传递函数零极点的关系101

2.4.5 应用MATLAB求线性定常系统的状态空间表达式102

2.5　输入输出模型与状态空间模型之间的相互转换105

2.5.1 由状态空间模型转换为传递函数（阵）105

2.5.2 由传递函数转换为状态空间模型108

2.5.3　应用MATLAB进行模型之间的相互转换和求零极点115

2.6 实际控制系统数学模型的建立119

2.6.1　非线性数学模型的线性化121

2.6.2　典型机电控制系统的传递函数与状态空间表达式124

2.6.3　典型机械系统的数学模型与相似性原理130

2.6.4　典型液面控制系统的传递函数与状态空间表达式135

2.6.5　热力控制系统的传递函数与状态空间表达式139

小结142

典型例题分析144

习题164

第3章　线性控制系统的运动分析171

3.1 引言171

3.1.1　分析的出发点和基本内容171

3.1.2　线性控制系统的时间响应173

3.2　控制系统的零输入响应175

3.2.1　基于输入输出模型系统的零输入响应175

3.2.2　基于状态空间模型系统的零输入响应178

3.2.3　状态转移矩阵与线性时变系统的零输入响应186

3.2.4　应用MATLAB求控制系统的零输入响应192

3.3　控制系统的零状态响应194

3.3.1 基于输入输出模型系统的零状态响应194

3.3.2　基于状态空间模型系统的零状态响应202

3.3.3 应用MATLAB求控制系统的零状态响应208

3.4　控制系统运动的稳定性210

3.4.1　内部稳定性211

3.4.2　外部稳定性及其与内部稳定性之间的关系218

3.4.3　劳斯-赫尔维茨稳定判据221

3.4.4　李雅普诺夫第一方法228

3.5　控制系统的暂态响应特性230

3.5.1　单位阶跃响应与性能指标230

3.5.2　一阶系统的暂态响应特性233

3.5.3　二阶规范系统的暂态响应特性235

3.5.4　添加零点对二阶规范系统暂态特性的影响249

3.5.5　高阶系统的暂态响应特性255

3.6　控制系统的稳态误差264

3.6.1　跟踪稳态误差265

3.6.2　扰动稳态误差277

3.7　控制系统的基本控制律——PID控制282

小结287

典型例题分析289

习题310

第4章　根轨迹法319

4.1 引言319

4.1.1　系统灵敏度与反馈的作用319

4.1.2　根轨迹法的基本概念328

4.2　根轨迹的基本原理与绘制方法330

4.2.1　幅角条件与幅值条件330

4.2.2　根轨迹法的一般步骤332

4.2.3　绘制根轨迹的基本规则332

4.2.4　参数根轨迹343

4.3 应用MATLAB绘制根轨迹和对系统进行分析345

4.4　零度根轨迹347

4.5　根轨迹族351

4.6　根轨迹综合法354

4.6.1　校正的基本方式354

4.6.2　添加开环零极点对根轨迹形状的影响356

4.6.3　校正装置359

4.7　串联校正的综合364

4.7.1　串联超前校正的综合366

4.7.2　串联迟后校正的综合370

4.7.3　串联迟后-超前校正的综合372

4.8　局部反馈校正的综合375

小结377

典型例题分析379

习题397

第5章　频率响应分析法402

5.1 频率特性402

5.1.1　频率特性的基本概念403

5.1.2　频率特性的图示方法407

5.1.3　频率特性与零极点的关系412

5.2　典型环节的频率特性413

5.2.1 比例环节的频率特性413

5.2.2　积分环节与微分环节的频率特性413

5.2.3　惯性环节与一阶微分环节的频率特性414

5.2.4　振荡环节与二阶微分环节的频率特性417

5.2.5　非最小相位环节的频率特性420

5.3　控制系统频率特性图的绘制422

5.3.1　控制系统伯德图的绘制423

5.3.2　控制系统极坐标图的绘制426

5.3.3 应用MATLAB绘制控制系统的频率特性图430

5.4　闭环频率特性435

5.4.1 应用MATLAB绘制尼科尔斯图435

5.4.2　闭环频率特性的基本特点441

5.5 最小相位系统与频率特性函数的若干重要性质444

5.5.1　最小相位系统与非最小相位系统444

5.5.2　频率特性函数的若干重要性质445

5.6　奈奎斯特稳定判据448

5.6.1　映射定理448

5.6.2　奈奎斯特稳定判据449

5.6.3　奈奎斯特稳定判据的对数坐标图形式458

5.7　控制系统的稳定裕量与鲁棒性460

5.7.1　相角裕量与增益裕量460

5.7.2　应用MATLAB或开环对数渐近幅频曲线计算系统的稳定裕量464

5.8　应用频率特性估算控制系统的暂态与稳态性能466

5.8.1 二阶规范系统的（时域）暂态响应与频率响应之间的关系466

5.8.2　一般控制系统的（时域）暂态响应与频率响应之间的关系469

5.8.3　控制系统的稳态性能与开环频率特性之间的关系474

5.9　应用频率响应实验法确定传递函数476

小结479

典型例题分析481

习题498