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第1章 控制系统概述1

1.1控制理论在工程技术中的应用2

1.1.1系统的微分方程2

1.1.2物理模型与系统方块图2

1.2控制系统的基本组成4

1.3自动控制系统的基本类型5

第2章 控制系统的数学模型11

2.1控制系统的微分方程11

2.2微分方程的线性化14

2.3Laplace变换和逆变换17

2.3.1Laplace变换的定义17

2.3.2典型函数的Laplace变换17

2.3.3Laplace变换的性质19

2.3.4Laplace逆变换26

2.3.5用Laplace变换求解常系数线性微分方程的解33

2.4传递函数34

2.5.2方块图的等效变换44

2.5.1方块图的组成44

2.5系统方块图及其简化44

2.6信号流图及MASON公式48

2.6.1信号流图48

2.6.2MASON公式49

2.7控制系统建模51

第3章 时域瞬态响应分析62

3.1时域分析中的典型信号62

3.2一阶系统的瞬态响应64

3.3二阶系统的瞬态响应67

3.4二阶系统的瞬态响应性能指标71

3.4.1瞬态响应性能指标71

3.4.2二阶系统的瞬态响应性能指标计算73

＊3.5过阻尼和临界阻尼状态下二阶系统的瞬态性能指标估算83

＊3.6二阶系统的单位脉冲响应86

＊3.7二阶系统的单位斜坡响应88

＊3.8高阶系统的瞬态响应93

3.9利用MATLAB语言实现时域仿真99

4.1.1频率特性的数学基础120

第4章 控制系统的频率特性120

4.1频率特性120

4.1.2频率特性的基本概念124

4.1.3频率特性的几何表示128

4.2频率响应的Nyquist图129

4.2.1典型环节的Nyquist图129

4.2.2Nyquist图的一般作图方法134

4.3频率响应的Bode图（对数坐标图）139

4.3.1典型环节的Bode图141

4.3.2一般系统Bode图作图方法147

4.3.3最小相位系统150

4.3.4由频率响应曲线求系统传递函数151

4.4控制系统的闭环频率响应155

4.4.1由开环频率响应特性估计闭环频率特性155

4.4.2系统的频域指标156

4.5MATLAB语言绘制Bode图和Nyquist图159

第5章 控制系统的稳定性与快速性169

5.1稳定性和快速性的基本概念169

5.2.1系统稳定的必要条件170

5.2Routh-Hurwitz判据170

5.2.2控制系统稳定的充分必要条件171

5.2.3二阶三阶和四阶系统的Routh判据172

5.2.4Routh判据的特殊情况173

＊5.2.5Hurwitz判据175

5.3Nyquist稳定性判据176

5.3.1Nyquist判据的特性176

5.3.2Nyquist判据的推理之一176

5.3.3Nyquist判据的推理之二177

5.4Bode图上的稳定性判据179

＊5.5多回路Nyquist曲线上的稳定性判据181

＊5.6多回路Bode图上的稳定性判据182

5.7稳定裕度182

＊5.8二阶系统频域与时域的关系187

5.8.1相位裕度γ与阻尼比ξ的关系187

5.8.2谐振峰值Mr与超调量σ的关系188

5.8.3谐振频率及频宽与时域指标的关系190

5.8.4剪切频率ωc、频宽ωb与系统的时域指标关系195

5.8.5高阶系统的频域与时域之间的关系199

5.9控制系统的稳定性分析的MATLAB实现200

第6章 根轨迹法210

6.1根轨迹方程210

6.1.1根轨迹与系统性能的关系211

6.1.2闭环零极点与开环零极点的关系211

6.1.3根轨迹方程、幅角、幅值条件212

6.1.4简单系统的根轨迹图214

6.2绘制根轨迹的基本法则216

＊6.3广义根轨迹（参量根轨迹）229

＊6.4零度根轨迹231

6.5MATLAB根轨迹应用举例233

6.5.1绘制根轨迹图233

6.5.2用根轨迹法判断系统的稳定性237

第7章 控制系统的误差分析244

7.1稳态误差244

7.1.1阶跃信号引起的稳态误差244

7.1.2斜坡（速度）信号输入引起的稳态误差245

7.1.3抛物线（加速度）信号输入引起的稳态误差246

7.2动态误差系数248

7.3扰动信号作用下的稳态误差253

第8章 控制系统的校正方法260

8.1系统的性能指标260

8.2时域性能指标260

8.2.1瞬态性能指标260

8.4闭环频域指标261

8.3开环频域指标261

8.2.2稳态误差261

8.5系统校正综述262

8.6串联校正262

8.6.1无源超前网络校正262

8.6.2无源滞后网络校正264

8.6.3滞后—超前网络校正266

8.6.4有源网络校正装置268

＊8.7反馈校正271

＊8.8复合校正272

8.9频率法校正276

＊8.10根轨迹校正283

第9章 非线性控制系统294

9.1典型的非线性类型294

9.2非线性系统的分析方法296

9.3描述函数296

9.4常见非线性元件的描述函数298

9.5描述函数分析非线性系统的稳定性306

9.5.1非线性系统的稳定性分析307

9.5.2自振荡的确定309

9.6相平面法分析312

9.6.1相轨迹的作图法313

9.6.2由相平面确定时间信息319

9.6.3相平面上的奇点320

9.6.4相平面上的极限环322

9.7非线性系统的相平面分析325

9.8李雅普诺夫（Liapunov）直接法（第二方法）330

10.1.1采样器和保持器337

第10章 离散控制系统337

10.1Z变换337

10.1.2根据定义求Z变换339

10.1.3留数定理求Z变换340

10.1.4Z变换的性质341

10.2Z逆变换347

10.2.1逆变换公式347

10.2.2幂级数法求Z逆变换348

10.2.3部分分式展开法349

10.3Z变换求差分方程350

10.4脉冲传递函数351

10.5有零阶保持器的开环脉冲传递函数354

10.6闭环系统的脉冲传递函数356

10.7脉冲系统的稳定性分析360

10.8MATLAB语言在离散控制系统中的应用365

附录 MATLAB语言简介372

习题参考答案380

参考文献390