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第1章 自动控制系统的基本概念1

1.1控制系统的基本形式2

1.1.1人工控制2

1.1.2自动控制2

1.2自动控制系统的组成3

1.2.1系统框图3

1.2.2典型反馈控制系统4

1.3自动控制系统的分类5

1.3.1按控制系统的结构分类5

1.3.2按给定信号的类型分类6

1.3.3按系统参数是否随时间变化分类6

1.3.4按控制系统的动态特性分类6

1.3.5按信号传递的连续性分类7

1.4控制系统的基本要求7

1.4.1稳定性8

1.4.2动态特性8

1.4.3稳态特性8

习题9

第2章 控制系统的数学模型10

2.1拉普拉斯变换11

2.1.1拉普拉斯变换定义11

2.1.2拉普拉斯变换基本性质12

2.1.3拉普拉斯反变换15

2.2控制系统的微分方程17

2.2.1机械系统17

2.2.2电路系统19

2.2.3机电系统19

2.3传递函数20

2.3.1传递函数定义20

2.3.2传递函数性质21

2.4典型环节的传递函数22

2.4.1比例环节22

2.4.2积分环节23

2.4.3微分环节24

2.4.4惯性环节25

2.4.5振荡环节25

2.4.6延迟环节25

2.5控制系统的结构图26

2.5.1结构图组成要素及绘制方法27

2.5.2结构图的等效变换28

2.6信号流程图与梅逊公式34

2.6.1常用术语及其定义35

2.6.2信号流程图绘制方法35

2.6.3梅逊增益公式37

2.6.4用梅逊公式求传递函数38

2.7控制系统的传递函数38

2.7.1前向通路传递函数39

2.7.2开环传递函数39

2.7.3闭环传递函数39

2.8传递函数的MATLAB描述42

2.8.1有理函数模型42

2.8.2零极点模型42

2.8.3系统模型的连接和简化43

2.8.4有理分式模型与零极点模型的转换44

习题45

第3章 控制系统的时域分析法50

3.1典型输入信号及时域性能指标51

3.1.1典型输入信号51

3.1.2时域性能指标53

3.2一阶系统的时域分析54

3.2.1一阶系统的单位阶跃响应55

3.2.2一阶系统的单位斜坡响应56

3.2.3一阶系统的单位脉冲响应58

3.2.4一阶系统的单位加速度响应59

3.3二阶系统的时域分析60

3.3.1典型的二阶系统模型60

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应60

3.3.3二阶系统的瞬态响应指标63

3.3.4高阶系统的瞬态响应67

3.4控制系统的稳定性分析67

3.4.1稳定性的基本概念67

3.4.2线性系统稳定的充要条件68

3.4.3劳斯稳定性判据69

3.4.4 MATLAB稳定性判断方法71

3.5稳态误差分析及计算72

3.5.1误差及稳态误差的定义72

3.5.2给定输入作用下的稳态误差计算73

3.5.3扰动作用下的稳态误差计算77

3.5.4给定输入、扰动共同作用下的稳态误差计算78

3.5.5减小稳态误差的方法及复合控制81

习题83

第4章 控制系统的根轨迹法86

4.1根轨迹的基本概念87

4.1.1系统的根轨迹87

4.1.2根轨迹的幅值条件和相角条件88

4.2绘制根轨迹的基本规则89

4.2.1基本规则89

4.2.2根轨迹绘制举例95

4.3参量根轨迹及系统性能的根轨迹分析100

4.3.1参量根轨迹100

4.3.2系统性能的根轨迹分析101

习题104

第5章 控制系统的频域分析法106

5.1频率特性的基本知识107

5.1.1频率特性的物理概念107

5.1.2频率特性的定义107

5.2频率特性的图示110

5.2.1奈奎斯特图110

5.2.2伯德图111

5.2.3尼柯尔斯图112

5.3典型环节的频率特性112

5.3.1比例环节的频率特性113

5.3.2积分环节的频率特性114

5.3.3惯性环节的频率特性115

5.3.4振荡环节的频率特性117

5.3.5微分环节的频率特性119

5.3.6延迟环节的频率特性120

5.4开环系统频率特性图绘制122

5.4.1开环系统伯德图的绘制122

5.4.2最小相位系统和非最小相位系统126

5.5频率域稳定性分析127

5.5.1奈奎斯特稳定性判据128

5.5.2控制系统的稳定裕量138

5.6开环频域指标与时域指标之间的关系141

5.6.1控制系统的主要性能指标141

5.6.2开环频域指标与时域指标之间的关系141

5.7 MATLAB频域分析145

5.7.1线性系统的频域分析145

5.7.2频域分析性能指标146

习题150

第6章 控制系统的分析与校正152

6.1控制系统校正153

6.1.1校正的基本概念153

6.1.2校正的基本方式153

6.1.3系统校正的方法153

6.2串联超前校正154

6.2.1相位超前校正装置154

6.2.2相位超前校正装置的作用156

6.2.3校正方法158

6.3串联滞后校正159

6.3.1相位滞后校正装置159

6.3.2相位滞后校正装置的作用161

6.3.3校正方法162

6.4串联滞后-超前校正163

6.4.1相位滞后-超前校正装置163

6.4.2相位滞后-超前校正装置的作用164

6.4.3校正方法165

6.5 PID校正166

6.5.1比例积分（PI）控制器167

6.5.2比例微分（PD）控制器168

6.5.3 比例积分微分（PID）控制器169

习题169

第7章 离散控制系统170

7.1引言171

7.2采样系统171

7.3 Z变换173

7.3.1 Z变换173

7.3.2 Z变换的基本定理174

7.3.3 Z反变换176

7.4脉冲传递函数179

7.4.1脉冲传递函数定义179

7.4.2串联环节的脉冲传递函数180

7.5线性离散系统的脉冲传递函数182

7.6线性离散系统的稳定性185

7.6.1 S平面到Z平面的映射关系185

7.6.2线性离散系统稳定的充要条件186

7.6.3劳斯稳定判据187

7.7线性离散系统的时域分析188

7.7.1极点在Z平面的分布与瞬态响应188

7.7.2线性离散系统的时间响应190

7.7.3线性离散系统的稳态误差191

习题192

第8章MATLAB语言及其仿真实验195

8.1 MATLAB语言简介196

8.1.1 MATLAB的应用基础196

8.1.2 MATLAB函数197

8.1.3绘制响应曲线198

8.1.4 MATLAB语言的联机帮助功能200

8.2 MATLAB语言基础实验200

实验一MATLAB语言平台200

实验二MATLAB数值运算203

实验三MATLAB绘图207

实验四MATLAB句柄绘图211

8.3控制理论仿真实验213

实验五 控制系统的建模213

实验六 控制系统的稳定性分析实验218

实验七 控制系统的时域分析实验220

实验八 控制系统的根轨迹分析221

实验九 控制系统的频域分析221

实验十S函数的编写及应用222

习题227

附录A常用函数的拉普拉斯变换对照表229

附录B常用函数的Z变换表230

附录C控制系统中英文对照表231

附录D控制系统MATLAB常用函数236

参考文献244