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第1章 自动控制概论1

1.1自动控制与自动控制系统的基本概念1

1.1.1自动控制理论1

1.1.2反馈控制原理1

1.1.3自动控制系统基本控制方式4

1.2自动控制系统示例5

1.2.1函数记录仪5

1.2.2锅炉液位控制系统6

1.3自动控制系统的分类7

1.3.1线性连续控制系统7

1.3.2线性定常离散控制系统8

1.3.3非线性控制系统8

1.4对控制系统的基本要求8

1.4.1基本要求的提法8

1.4.2典型外作用9

习题11

第2章 控制系统的数学模型14

2.1自动控制系统微分方程的建立14

2.1.1线性元器件的微分方程14

2.1.2控制系统的微分方程15

2.1.3线性系统的特性17

2.2非线性微分方程的线性化18

2.3传递函数19

2.3.1传递函数的定义19

2.3.2传递函数的基本性质20

2.3.3控制系统的典型环节及传递函数21

2.4控制系统的方框图和传递函数27

2.4.1框图的组成27

2.4.2系统框图的建立28

2.4.3框图的等效变换29

2.4.4自动控制系统的传递函数33

2.5信号流图和梅逊公式36

2.5.1信号流图的术语和性质37

2.5.2梅逊增益公式38

2.6脉冲响应40

2.7 MATLAB在本章中的应用41

习题42

第3章 线性系统的时域分析法45

3.1系统时间响应的性能指标45

3.1.1典型输入信号45

3.1.2时域性能指标46

3.2一阶系统的时域响应47

3.2.1一阶系统的数学模型47

3.2.2一阶系统的单位阶跃响应48

3.2.3一阶系统的单位斜坡响应48

3.2.4一阶系统的理想单位脉冲响应49

3.2.5一阶系统的单位加速度响应49

3.3二阶系统的时域响应50

3.3.1二阶系统的数学模型50

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应51

3.3.3欠阻尼二阶系统的动态过程分析53

3.3.4二阶系统的单位脉冲响应57

3.4高阶系统的时域响应58

3.4.1高阶系统的单位阶跃响应58

3.4.2系统的主导极点与偶极子59

3.5线性系统的稳定性分析60

3.5.1稳定的概念和定义60

3.5.2线性系统稳定的充分必要条件61

3.5.3劳斯稳定判据62

3.5.4赫尔维兹判据65

3.6线性系统稳态误差的计算66

3.6.1稳态误差的定义66

3.6.2系统类型67

3.6.3扰动作用下的稳态误差69

3.6.4提高系统稳态精度的方法70

3.7 MATLAB在本章中的应用71

3.7.1控制系统的传递函数71

3.7.2控制系统的时域响应73

习题77

第4章 线性系统的根轨迹法80

4.1根轨迹法的基本概念80

4.1.1根轨迹的定义80

4.1.2根轨迹方程与系统性能82

4.1.3根轨迹的幅值条件与相角条件84

4.2根轨迹的绘制86

4.2.1绘制根轨迹的基本规则86

4.2.2绘制零度根轨迹100

4.2.3绘制开环零、极点变化时的根轨迹103

4.3控制系统性能的根轨迹分析106

4.3.1闭环零、极点位置对系统性能的影响106

4.3.2单位阶跃响应的根轨迹分析107

4.4 MATLAB在绘制根轨迹图中的应用111

4.4.1函数及调用格式111

4.4.2分析设计工具rltool的应用114

习题115

第5章 频域分析法118

5.1频率特性的一般概念118

5.1.1频率特性定义118

5.1.2频率特性的三种图示方法120

5.2典型环节的频率特性122

5.3系统开环频率特性131

5.3.1系统开环对数频率特性131

5.3.2系统开环极坐标图（奈氏图）135

5.3.3最小相位系统和非最小相位系统136

5.4奈奎斯特稳定判据及稳定裕量137

5.4.1奈奎斯特稳定判据的基本原理137

5.4.2奈奎斯特稳定判据140

5.4.3奈奎斯特对数稳定判据144

5.4.4频域法分析系统的稳定性145

5.5系统闭环频率特性和性能指标147

5.5.1闭环频率特性曲线147

5.5.2等M圆图148

5.5.3等N圆图149

5.5.4性能指标150

5.6频率特性分析系统的性能151

5.6.1闭环频域指标与时域指标的关系151

5.6.2开环对数幅频特性和时域指标152

5.7 MATLAB在频域特性分析中的应用154

5.7.1频率特性性能分析的MATLAB实现154

5.7.2频率法判定系统稳定性的MATLAB实现155

习题157

第6章 线性系统的综合与校正161

6.1系统校正基础161

6.1.1受控对象161

6.1.2控制系统的性能指标161

6.1.3系统带宽的确定163

6.1.4校正装置与校正系统结构165

6.2基本控制规律167

6.2.1比例控制规律（P）167

6.2.2比例微分控制规律（PD）168

6.2.3积分控制规律（I）169

6.2.4比例积分微分控制规律（PID）170

6.3超前校正参数的确定171

6.3.1 RC超前网络171

6.3.2串联超前校正172

6.3.3超前校正的优缺点174

6.4滞后校正参数的确定175

6.4.1滞后校正及滞后校正元器件的特性175

6.4.2滞后校正举例176

6.4.3滞后校正的特点180

6.5滞后-超前校正参数的确定180

6.5.1滞后-超前校正网络特性180

6.5.2串联滞后-超前校正181

6.5.3滞后-超前校正的特点184

6.6按系统期望频率特性确定串联校正参数184

6.6.1几个基本概念184

6.6.2“期望特性”校正举例185

6.6.3“期望特性”校正的优点189

6.7反馈校正参数的确定189

6.7.1反馈校正的特点190

6.7.2反馈校正的简化方框图192

6.7.3反馈校正举例193

6.7.4反馈环节的实现194

6.7.5校正分析195

6.8 MATLAB在本章中的应用196

6.8.1设计方法196

6.8.2系统设计步骤197

习题201

第7章 采样控制系统203

7.1基本概念203

7.1.1采样控制系统203

7.1.2数字控制系统204

7.1.3离散控制系统的特点204

7.2采样过程与采样定理204

7.2.1采样过程204

7.2.2采样定理205

7.3采样信号保持器207

7.3.1信号复现207

7.3.2零阶保持器207

7.4 z变换209

7.4.1 z变换定义209

7.4.2 z变换方法210

7.4.3 z变换性质211

7.4.4 z反变换212

7.5采样系统的数学模型214

7.5.1离散系统的数学定义214

7.5.2线性常系数差分方程214

7.5.3脉冲传递函数215

7.6采样系统的稳定性分析220

7.6.1采样系统的稳定条件220

7.6.2离散系统的稳定性判据221

7.7采样系统的稳态误差223

7.8采样系统动态性能估算225

7.8.1采样系统闭环极点分布与瞬态响应的关系226

7.8.2采样系统动态性能的估算227

7.9 MATLAB在本章中的应用228

7.9.1连续系统的离散化228

7.9.2采样系统的响应228

习题229

参考答案233

参考文献250