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目 录1

第一章绪论1

§1-1 自动控制和自动控制系统1

§1-2自动控制系统的传递方块图2

§1-3 自动控制系统的分类3

一、开环控制系统与闭环控制系统3

二、定值、随动和程序控制系统4

三、线性与非线性控制系统5

四、连续与离散控制系统5

五、单变量与多变量控制系统6

§1-4自动控制系统的性能指标7

习题8

第二章系统的数学模型10

§2-1系统的微分方程10

一、系统微分方程式的建立10

二、非线性特性的线性化12

三、无量纲化运动方程式13

四、典型系统微分方程的列写14

§2-2瞬态响应函数19

一、脉冲响应函数19

二、阶跃响应函数21

§2-3拉氏变换和传递函数22

一、拉氏变换22

§9-8最优控制25

二、传递函数26

一、比例环节28

二、惯性环节28

§2-4典型环节及其传递函数28

三、积分环节29

四、微分环节30

五、振荡环节31

六、延迟环节35

一、环节的三种基本连接37

§2-5系统的方块图和传递函数37

二、方块图的等效变换和简化39

§2-6 电网络及仪表部件的传递45

函数45

一、无源电网络45

二、运算放大器电路48

三、控制系统用电机50

四、齿轮系53

五、差动变压器式压力传感器54

§2-7信号流图55

一、信号流图及其性质55

二、系统方块图与信号流图的关系57

三、信号流图的简化规则58

四、梅逊增益公式58

习题62

一、稳定性的基本概念70

§3-1控制系统的稳定性70

第三章时域分析法70

二、线性系统的稳定性71

三、判别系统稳定性的代数判据73

四、代数判据的应用78

§3-2控制系统的稳态误差82

一、稳态误差和误差传递函数82

二、参考输入下的稳态误差84

三、扰动输入引起的稳态误差87

五、降低稳态误差的方法89

四、系统本身特性变化引起的稳态输出变化89

§3-3控制系统的瞬态响应分析90

一、自动控制系统瞬态响应性能指90

标90

二、二阶系统瞬态响应性能指标92

三、二阶系统的脉冲响应97

四、三阶系统的单位阶跃响应98

五、高阶系统的瞬态响应分析99

设计100

§3-4自动控制系统的计算机辅助100

一、模拟计算机在控制系统研究中的应用101

二、数字计算机在控制系统研究中的应用104

习题114

第四章根轨迹法120

§4-1 根轨迹的基本概念及绘制条件120

§4-2绘制根轨迹的基本规则122

一、根轨迹的分支数和对称性123

二、根轨迹的起点和终点123

三、实轴上的根轨迹124

四、根轨迹的渐近线125

五、根轨迹与实轴的交点127

六、根轨迹的出射角和入射角131

七、根轨迹与虚轴的交点132

九、放大系数的求取133

八、根轨迹的发散性133

一、控制系统的根轨迹分析法138

§4-3控制系统的根轨迹分析138

二、开环零点对系统根轨迹的影响140

三、开环极点对系统根轨迹的影响142

四、偶极子对系统性能的影响142

§4-4具有纯延迟系统的根轨迹分析145

一、延迟系统的根轨迹方程145

二、延迟系统的根轨迹绘制和分析149

§4-5广义根轨迹151

一、开环零点变化时的根轨迹151

二、开环极点变化时的根轨迹152

三、零度根轨迹153

§4-6绘制根轨迹的计算机方法156

一、分支跟随法的算法要点156

图160

二、分支跟随法绘制根轨迹程序框160

习题162

第五章频率特性法167

§5-1 频率特性及其与传递函数的关系167

一、频率特性的基本概念167

二、频率特性与传递函数的关系169

§5-2幅相频率特性170

一、典型环节的幅相频率特性170

二、开环系统的幅相频率特性176

§5-3对数频率特性180

一、对数频率特性180

二、典型环节的对数频率特性182

三、开环系统的对数频率特性187

§5-4 最小相位系统和非最小相位系189

统189

一、奈魁斯特稳定判据190

§5-5控制系统稳定性的频率判据190

二、奈氏判据的数学证明193

三、奈氏判据的应用197

四、利用对数频率特性分析系统的稳定性201

五、多回路系统的稳定性分析203

六、稳定裕量203

§5-6控制系统性能指标的估算204

一、二阶系统频率特性与其时间响应过程的关系205

二、闭环系统的频率特性和尼柯尔斯（Nichols）图206

三、高阶系统性能指标的估算209

四、开环频率特性与闭环系统性能指标的关系210

§5-7用计算机求取控制系统的频率特性和稳定裕量213

一、开环系统频率特性的计算213

二、控制系统增益裕量和相角裕量的计算217

习题219

§6-1综合校正的基本概念225

正225

第六章 自动控制系统的综合与校225

§6-2串接超前校正226

一、超前网络226

二、基于根轨迹法的超前校正综合228

三、基于频率特性法的超前校正综232

合232

§6-3串接滞后校正235

一、滞后网络235

二、基于根轨迹法的滞后校正综合236

合238

三、基于频率特性法的滞后校正综238

§6-4串接滞后－超前校正241

一、滞后－超前校正网络241

二、基于根轨迹法的滞后－超前校242

正综合242

三、基于频率特性法的滞后－超前245

校正综合245

§6-5零极点相消校正248

一、零极点相消校正的原理248

二、实现复数零极点的T桥网络250

三、零极点相消校正实例251

§6-6希望对数幅频特性法串接校253

正253

§6-7局部反馈校正256

一、局部反馈校正的综合方法257

二、速度或测速发电机反馈校正259

§6-8控制系统校正的计算机辅助设261

计261

一、校正装置零极点的确定261

二、校正装置结构形式的确定263

三、系统设计的计算机程序263

四、应用举例266

习题267

一、非线性系统的特殊现象274

第七章非线性控制系统的分析方274

法274

§7-1 控制系统中的非线性274

二、研究非线性控制系统的一般方277

法277

§7-2典型非线性特性及其对控制系278

统的影响278

一、饱和特性278

二、死区（不灵敏区）特性280

三、滞环特性281

四、库仑摩擦和静摩擦特性282

五、继电器特性283

§7-3非线性特性的描述函数283

一、描述函数的基本概念283

二、典型非线性特性的描述函数285

§7-4非线性系统的描述函数分析293

一、非线性系统的稳定性分析293

二、非线性系统极限环的消除298

一、相平面法的基本概念300

§7-5相平面法及相平面图300

二、相平面图的绘制方法301

三、相平面图的特性305

§7-6非线性系统的相平面分析312

一、线性系统瞬态响应分析312

二、非线性系统的相平面分析313

三、双位控制系统的相平面分析318

§7-7分段线性化数字计算机仿真321

一、分段线性化仿真的基本原理321

二、继电控制系统的仿真算法322

三、仿真算法的程序实现324

习题326

一、采样系统实例330

第八章采样系统与z变换法330

§8-1信号的采样和保持330

二、信号的采样和保持332

一、z变换的定义337

§8-2 z变换337

二、z变换的基本定理340

三、改进z变换346

四、z反变换348

§8-3采样系统的数学模型350

一、差分方程350

二、差分方程的求解353

三、脉冲传递函数355

§8-4采样系统的分析362

一、采样系统的过渡过程362

二、采样系统的稳定性365

一、根轨迹法和频率特性法提要371

二、采样系统的校正371

§8-5采样系统的设计校正371

§8-6采样控制系统的计算机仿真377

一、系统采样时刻值的仿真377

二、采样时刻之间值的仿真378

三、改进z变换仿真方法的程序实现380

习题382

第九章状态空间分析法386

§9-1状态变量和状态空间表达式386

一、状态空间表达式的建立386

二、多变量系统和传递函数阵386

三、状态空间表达式与传递函数阵390

§9-2状态空间表达式的建立391

一、由系统运动规律建立状态空间表391

达式391

间表达式392

二、由系统的结构方块图建立状态空392

三、由系统的高阶微分方程建立状态空间表达式393

§9-3线性系统状态方程的解398

一、线性定常系统齐次状态方程的解398

二、线性定常系统的状态转移阵399

三、线性系统非齐次方程的解400

§9-4离散时间系统的状态空间表达401

式401

一、离散时间系统的状态空间表达式401

的建立401

二、离散时间系统状态方程的解402

三、连续时间系统的离散化404

§9-5李雅普诺夫稳定性分析405

一、李雅普诺夫意义下的稳定性405

二、李雅普诺夫函数及其性质407

三、李雅普诺夫稳定性理论408

四、线性系统的李雅普诺夫稳定性分409

析409

§9-6线性系统的能控性和能观性410

一、能控性410

二、能观性415

§9-7线性系统状态空间的综合方418

法418

一、子系统联接方式418

二、解耦控制421

三、极点配置423

一、最优控制的概念425

二、系统参数最优化问题426

三、最优状态反馈控制428

习题430

参考文献432