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第1章　自动控制的一般概念1

1.1 自动控制1

1.2　反馈控制原理1

1.3　自动控制系统的分类2

1.4　典型输入信号3

习题14

第2章　控制系统的数学模型6

2.1　系统微分方程的建立6

2.1.1　系统微分方程的建立6

2.1.2　拉普拉斯变换7

2.1.3　线性常微分方程的拉氏变换法求解9

2.2　传递函数11

2.2.1　传递函数的定义11

2.2.2　典型环节的传递函数12

2.3　系统的状态方程13

2.4　系统传递函数与状态方程的相互转换16

2.4.1　由传递函数求状态方程16

2.4.2　由状态方程求传递函数17

2.5　结构图及其简化19

2.5.1　结构图的组成19

2.5.2　结构图的等效变换19

2.6　信号流程图23

2.6.1　常用术语23

2.6.2　系统结构图改写为信号流图24

2.6.3　梅逊（Mason）增益公式25

习题225

第3章　时域分析28

3.1　一阶系统的时间响应28

3.1.1　一阶系统的数学模型28

3.1.2　一阶系统的单位阶跃响应28

3.1.3　一阶系统的单位脉冲响应29

3.1.4　一阶系统的单位斜坡响应29

3.1.5　一阶系统的单位抛物线响应30

3.2　二阶系统的时间响应30

3.2.1　二阶系统的数学模型30

3.2.2　二阶系统的单位阶跃响应31

3.2.3　动态性能指标32

3.3　高阶系统的性能分析33

3.4　稳态误差计算35

3.4.1　误差传递函数35

3.4.2　系统的类型和典型作用下的稳态误差36

3.4.3　动态误差系数法38

习题340

第4章　频率响应分析42

4.1　频率特性42

4.2　幅相频率特性曲线43

4.3　对数频率特性曲线45

4.3.1　对数坐标系45

4.3.2　典型环节的对数频率特性45

4.3.3　开环对数频率特性曲线49

4.4　幅值裕度和相角裕度51

习题452

第5章　根轨迹分析54

5.1　根轨迹方程54

5.1.1　控制系统的特征方程54

5.1.2　幅值条件和相角条件55

5.1.3　二阶控制系统计算法的根轨迹图55

5.2　根轨迹绘制的基本法则56

5.2.1　根轨迹的分支数56

5.2.2　根轨迹的连续性和对称性56

5.2.3　根轨迹的起点和终点57

5.2.4　根轨迹的渐近线57

5.2.5　实轴上的根轨迹58

5.2.6　根轨迹的分离（会合）点58

5.2.7　根轨迹的出射角和入射角60

5.2.8　根轨迹与虚轴的交点61

5.2.9　控制系统根轨迹的绘制62

5.3　广义根轨迹64

5.3.1　参数根轨迹64

5.3.2　零度根轨迹65

5.4　控制系统的根轨迹分析66

5.4.1　系统稳定性的分析66

5.4.2　闭环零、极点分布对系统性能的影响68

5.4.3　利用主导极点估算系统的性能指标69

习题570

第6章　控制系统的稳定性72

6.1　代数法稳定性分析72

6.1.1　稳定性定义72

6.1.2　霍尔维茨（Hurwitz）稳定判据73

6.1.3　劳斯（Routh）稳定判据74

6.2　频率法稳定性分析77

6.2.1　奈奎斯特（Nyquist）稳定判据77

6.2.2　波德（Bode）稳定判据77

6.3　根轨迹法稳定性分析78

6.4　李雅普诺夫直接法稳定性分析78

6.4.1　平衡状态及其稳定性78

6.4.2　李雅普诺夫直接法稳定性定理79

6.4.3　线性定常系统稳定判据80

习题682

第7章　状态空间分析84

7.1　状态方程的解84

7.1.1　齐次状态方程的解84

7.1.2　非齐次状态方程的解85

7.2　矩阵指数86

7.2.1　矩阵指数的性质87

7.2.2　直接方法计算矩阵指数88

7.2.3　拉氏变换法计算矩阵指数88

7.2.4　化矩阵A为标准型法计算矩阵指数89

7.3　系统的能控性91

7.4　系统的能观测性94

7.4.1　线性定常连续系统的能观测性94

7.4.2　能观测性与能控性的对偶原理95

7.4.3　能控标准型与能观测标准型96

7.4.4　系统的分解99

7.5　状态反馈与输出反馈99

7.5.1　状态反馈与极点配置99

7.5.2　输出反馈与极点配置100

7.6　状态观测器101

7.6.1　全维状态观测器101

7.6.2　降维状态观测器103

习题7108

第8章　控制系统的综合110

8.1　常用的校正网络110

8.1.1　无源超前校正网络110

8.1.2　无源迟后校正网络111

8.1.3　无源迟后-超前校正网络112

8.2　串联校正113

8.2.1　串联超前校正114

8.2.2　串联迟后校正115

8.3　反馈校正117

习题8120

第9章　非线性控制系统121

9.1　典型非线性特性121

9.1.1　饱和特性121

9.1.2　死区特性121

9.1.3　间隙特性122

9.1.4　摩擦特性122

9.1.5　继电器特性123

9.2　相平面法123

9.2.1　相平面图的绘制123

9.2.2　奇点126

9.2.3　极限环130

9.3　常见非线性特性的描述函数131

9.3.1　描述函数的基本概念131

9.3.2　非线性控制系统的典型结构132

9.3.3　典型非线性特性的N（X）135

9.3.4　非线性系统的分析136

习题9141

第10章　采样系统分析142

10.1　采样系统的典型结构142

10.2　信号的采样和保持143

10.2.1　信号的采样过程143

10.2.2　信号的保持过程145

10.3　z变换147

10.3.1　z变换的定义147

10.3.2　z变换的求法148

10.3.3　z变换的基本定理151

10.3.4　z反变换152

10.4　采样系统的差分方程及其解法154

10.5　脉冲传递函数155

10.6　采样系统的稳定性分析162

10.6.1　时域中稳定判据162

10.6.2　z域中稳定判据163

10.6.3　ω变换与劳斯稳定判据163

10.7　采样系统的分析164

10.7.1　采样系统的时间响应164

10.7.2　采样系统的稳态误差165

习题10166

第11章　控制系统MATLAB仿真168

11.1　MATLAB系统概述168

11.1.1 MATLAB的产生及主要内容168

11.1.2　MATLAB语言的特点169

11.2　MATLAB的安装、启动和基本操作171

11.2.1　MATLAB的安装171

11.2.2　MATLAB的启动和基本操作171

11.3　自动控制系统的仿真172

11.4　连续系统的时间响应曲线174

11.4.1　连续系统的时间响应与动态性能指标174

11.4.2　时间响应仿真常用的MATLAB语句175

11.4.3　时间响应曲线的绘制举例176

11.5　连续系统的根轨迹绘制179

11.5.1　根轨迹的概念179

11.5.2　根轨迹绘制的举例181

11.6　线性连续系统的奈奎斯特图183

11.7　线性连续系统的伯德图185

11.8　MATLAB仿真的界面设计简介187

11.8.1　图形用户界面简介187

11.8.2　用户界面的简单设计191

习题11192

参考文献194