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第1章 自动控制的基本概念1

1.1 自动控制的发展简史1

1.1.1 经典控制理论阶段2

1.1.2 现代控制理论阶段3

1.1.3 大系统控制理论阶段3

1.1.4 智能控制理论阶段4

1.2 自动控制的基本原理4

1.2.1 人工控制与自动控制4

1.2.2 自动控制系统的构成6

1.2.3 自动控制系统的基本控制方式7

1.3 自动控制系统的分类9

1.3.1 按输入信号特征分类9

1.3.2 按系统参数特性分类9

1.3.3 按系统数学模型分类10

1.3.4 按时间变量特性分类11

1.3.5 按变量数目分类11

1.3.6 其他分类方法11

1.4 对控制系统性能的基本要求11

1.4.1 稳定性12

1.4.2 快速性12

1.4.3 准确性13

1.5 Matlab在自动控制系统中的应用13

1.6 本章小结14

关键术语和概念14

习题16

第2章 控制系统的数学描述17

2.1 控制系统的微分方程描述17

2.1.1 典型控制系统的数学模型18

2.1.2 非线性微分方程的线性化22

2.2 拉普拉斯变换及反变换24

2.2.1 拉普拉斯变换的定义24

2.2.2 拉普拉斯变换的性质及其应用26

2.2.3 拉普拉斯反变换29

2.2.4 利用拉普拉斯变换求解线性微分方程31

2.3 控制系统的传递函数描述32

2.3.1 传递函数的概念和性质32

2.3.2 典型环节的传递函数33

2.4 控制系统的结构图37

2.4.1 结构图的概念37

2.4.2 控制系统结构图的建立38

2.4.3 结构图的等效变换40

2.5 控制系统的信号流图44

2.5.1 信号流图44

2.5.2 梅逊公式45

2.6 控制系统的传递函数47

2.7 控制系统数学模型的Matlab描述50

2.8 本章小结52

关键术语和概念53

习题54

第3章 控制系统的时域分析法60

3.1 典型输入信号与时域性能指标60

3.1.1 典型输入信号60

3.1.2 系统的时域性能指标62

3.2 一阶系统的时域分析64

3.2.1 一阶系统的单位阶跃响应65

3.2.2 一阶系统的单位脉冲响应66

3.2.3 一阶系统的单位斜坡函数响应66

3.3 二阶系统的时域分析67

3.3.1 二阶系统的单位阶跃响应68

3.3.2 二阶系统的脉冲响应71

3.3.3 欠阻尼二阶系统在单位阶跃输入作用下的瞬态响应指标72

3.3.4 改善二阶系统性能的措施78

3.4 高阶系统的时域分析80

3.4.1 高阶系统的单位阶跃响应80

3.4.2 主导极点81

3.5 线性系统的稳定性分析82

3.5.1 稳定性概念83

3.5.2 稳定的充分必要条件84

3.5.3 稳定判据86

3.6 线性系统的稳态误差93

3.6.1 稳态误差概念93

3.6.2 稳态误差的计算94

3.6.3 减小或消除稳态误差的措施101

3.7 利用Matlab进行时域分析103

3.8 本章小结107

关键术语和概念108

习题109

第4章 根轨迹分析法112

4.1 根轨迹的基本概念112

4.1.1 采用解析法绘制根轨迹图112

4.1.2 根轨迹与系统性能113

4.1.3 根轨迹方程114

4.1.4 利用试探法确定根轨迹上的点115

4.2 根轨迹绘制的基本规则116

4.2.1 绘制根轨迹的基本规则116

4.2.2 绘制根轨迹举例128

4.3 广义根轨迹绘制133

4.3.1 参变量根轨迹的绘制133

4.3.2 正反馈系统根轨迹的绘制135

4.3.3 非最小相位系统的根轨迹138

4.4 基于根轨迹的系统性能分析139

4.4.1 开环零极点对根轨迹的影响140

4.4.2 利用根轨迹估算系统参数与性能143

4.4.3 闭环零、极点分布与系统性能的关系145

4.5 利用Matlab绘制根轨迹图147

4.6 本章小结152

关键术语和概念152

习题153

第5章 频率响应分析法156

5.1 频率特性的基本概念156

5.2 频率特性的图示方法158

5.2.1 极坐标图159

5.2.2 对数坐标图170

5.3 奈奎斯特稳定判据180

5.3.1 幅角定理180

5.3.2 奈奎斯特稳定判据182

5.4 控制系统的稳定裕量188

5.4.1 相角裕量和幅值裕量188

5.4.2 稳定裕量的计算189

5.5 控制系统的闭环频率特性190

5.6 频域响应与系统性能指标间的关系192

5.6.1 二阶系统192

5.6.2 高阶系统193

5.7 利用Matlab进行控制系统的频域分析194

5.8 本章小结196

关键术语和概念196

习题197

第6章 线性控制系统的综合与校正201

6.1 综合与校正的概念201

6.1.1 校正的基本方式201

6.1.2 基本控制规律202

6.1.3 校正装置及其特性205

6.2 串联校正210

6.2.1 串联超前校正211

6.2.2 串联滞后校正213

6.2.3 滞后-超前校正216

6.3 反馈校正217

6.3.1 反馈校正的基本原理217

6.3.2 反馈校正设计218

6.4 复合校正221

6.5 利用Matlab进行系统校正222

6.6 本章小结225

关键术语和概念225

习题226

第7章 非线性控制系统230

7.1 非线性系统的特点230

7.2 典型非线性环节的数学描述231

7.3 描述函数法233

7.3.1 描述函数的基本概念234

7.3.2 典型非线性特性的描述函数235

7.3.3 用描述函数分析非线性系统240

7.4 相平面法245

7.4.1 相平面图及绘制方法245

7.4.2 奇点与极限环249

7.4.3 相平面分析举例252

7.5 非线性系统的Matlab仿真256

7.6 本章小结261

关键术语和概念261

习题261

第8章 离散控制系统264

8.1 离散系统的基本概念264

8.2 采样过程与采样定理265

8.2.1 采样过程及其数学描述266

8.2.2 采样定理267

8.2.3 信号的恢复269

8.3 Z变换理论271

8.3.1 Z变换定义和性质271

8.3.2 Z变换方法273

8.3.3 Z反变换方法277

8.4 离散控制系统的数学描述279

8.4.1 线性常系数差分方程280

8.4.2 脉冲传递函数282

8.5 离散控制系统的分析与设计292

8.5.1 稳定性分析292

8.5.2 瞬态响应296

8.6 离散控制系统的稳态误差298

8.7 离散系统的数字控制器设计300

8.8 离散系统的Matlab仿真304

8.9 本章小结309

关键术语和概念309

习题310

附录 部分习题参考答案313

第1章313

第2章313

第3章315

第4章316

第5章317

第6章318

第7章319

第8章320

参考文献322