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第1章 绪论1

1.1控制系统的示例2

1.2自动控制系统的基本形式5

1.3对控制系统性能的基本要求8

1.4自动控制理论的发展简史10

习题11

第2章 控制系统的数学描述13

2.1引言14

2.2微分方程描述方法15

2.2.1描述运动的微分方程15

2.2.2非线性方程的线性化17

2.2.3从原始方程组推导微分方程18

2.2.4离散时间系统的运动方程20

2.3求解微分方程的拉普拉斯变换方法20

2.3.1拉普拉斯变换及性质20

2.3.2逆拉普拉斯变换24

2.3.3用拉普拉斯变换解微分方程25

2.3.4运动模态27

2.4传递函数描述方法28

2.4.1传递函数28

2.4.2传递函数的极点与零点31

2.4.3极点与零点的对消33

2.5闭环系统的传递函数35

2.5.1框图35

2.5.2闭环系统的传递函数40

2.5.3信号流图43

2.6基本单元45

2.7卫星通信天线定位系统49

2.8锅炉水位控制系统56

2.9本章小结59

习题59

第3章 线性控制系统的运动64

3.1引言65

3.2线性系统的典型时间响应65

3.2.1控制系统的典型输入65

3.2.2典型输出响应67

3.3稳定性和劳斯判据68

3.3.1运动的稳定性68

3.3.2线性系统的稳定性69

3.3.3劳斯判据71

3.4稳定系统响应的性能指标75

3.4.1稳态误差75

3.4.2扰动作用下的稳态误差79

3.4.3瞬态响应指标80

3.4.4误差积分指标81

3.5一阶系统响应的分析83

3.6二阶系统响应的分析86

3.6.1标准二阶系统的阶跃响应86

3.6.2标准二阶系统的瞬态响应指标89

3.6.3标准二阶系统的冲激响应92

3.6.4具有微分作用的二阶系统93

3.7高阶系统的运动95

3.7.1高阶系统的二阶近似95

3.7.2高阶系统运动特性的一般特征97

3.8卫星天线控制系统的运动分析98

3.9本章小结101

习题101

第4章 频率响应法106

4.1引言107

4.2频率特性函数107

4.3频率特性函数的图像109

4.3.1伯德图109

4.3.2极坐标图122

4.3.3尼柯尔斯图127

4.4奈奎斯特稳定性判据及其应用128

4.4.1奈奎斯特稳定性判据128

4.4.2奈奎斯特稳定性判据应用举例130

4.4.3控制系统的稳定裕度138

4.5闭环频率特性142

4.5.1闭环频率特性的特点142

4.5.2绘制闭环频率特性的常用工具图143

4.6开环频率特性与闭环系统响应的关系147

4.7卫星天线控制系统的频率特性151

4.8本章小结152

习题153

第5章 控制系统的频域校正158

5.1引言159

5.2校正的基本概念159

5.3超前校正161

5.3.1超前校正的性质和作用161

5.3.2设计示例164

5.4滞后校正168

5.4.1滞后校正的性质和作用168

5.4.2设计示例170

5.5超前滞后校正172

5.5.1超前滞后校正的性质和作用172

5.5.2设计示例173

5.6比例积分微分校正178

5.6.1比例积分微分校正作用178

5.6.2比例积分微分校正的参数整定180

5.6.3设计示例183

5.7采用预期开环频率特性的设计185

5.7.1典型四阶开环模型186

5.7.2设计示例187

5.8本章小结189

习题190

第6章 根轨迹方法及控制系统的校正193

6.1引言194

6.2根轨迹的基本概念及绘制196

6.2.1根轨迹196

6.2.2闭环零点、极点与开环零点、极点的关系197

6.2.3根轨迹的幅值条件和幅角条件198

6.2.4计算机辅助绘制根轨迹199

6.3根轨迹的基本性质200

6.4根轨迹方法应用示例212

6.4.1条件稳定系统212

6.4.2增加极点或零点对根轨迹的影响213

6.4.3参数根轨迹和根轨迹族215

6.4.4延时系统218

6.5常用串联校正装置的性质222

6.5.1超前校正装置222

6.5.2滞后校正装置224

6.5.3超前滞后校正装置226

6.6超前校正226

6.6.1超前校正的基本设计方法227

6.6.2设计示例229

6.7滞后校正233

6.7.1滞后校正的基本设计方法233

6.7.2设计示例235

6.8超前滞后校正237

6.8.1超前滞后校正的一般设计方法237

6.8.2设计示例237

6.9本章小结240

习题241

第7章 多回路控制策略245

7.1引言246

7.2单回路控制系统中存在的问题246

7.2.1扰动特性247

7.2.2扰动进入点的影响250

7.2.3调节器增益变化的影响251

7.2.4小结254

7.3串级控制254

7.3.1串级控制的优点254

7.3.2串级控制的设计原则与实施中的问题262

7.3.3小结267

7.4补偿控制268

7.4.1扰动不变性原理和双通道原理268

7.4.2前馈补偿控制269

7.4.3前馈补偿调节器271

7.4.4锅炉水位控制系统273

7.4.5大滞后对象的补偿控制276

7.4.6小结277

7.5他励直流电机调速系统277

7.5.1转速负反馈单回路直流调速系统278

7.5.2转速-电流双回路直流调速系统281

7.5.3设计示例287

7.5.4小结290

7.6双变量系统的解耦控制290

7.6.1减少双变量系统稳态相互作用的策略291

7.6.2采用前馈补偿实现解耦控制294

7.6.3实现解耦控制的对角矩阵法296

7.6.4小结300

7.7本章小结301

习题302

第8章 线性离散控制系统305

8.1引言306

8.2采样与保持307

8.2.1采样过程307

8.2.2理想采样过程310

8.2.3保持器312

8.2.4 A／D转换器和D／A转换器316

8.2.5小结317

8.3 z变换317

8.3.1时间函数的z变换318

8.3.2 z变换的性质322

8.3.3 z反变换327

8.3.4小结331

8.4离散控制系统的数学模型331

8.4.1差分方程及其求解331

8.4.2脉冲传递函数335

8.4.3闭环系统的脉冲传递函数340

8.4.4小结343

8.5离散系统的稳定性分析343

8.5.1 s平面与z平面之间的映射343

8.5.2 z平面上的稳定性分析345

8.5.3双线性变换350

8.5.4 w平面上的稳定性分析351

8.5.5小结353

8.6离散控制系统的时间响应354

8.6.1闭环极点与冲激响应的关系354

8.6.2离散系统的瞬态响应指标357

8.6.3离散系统的稳态响应359

8.6.4修正的z变换361

8.6.5小结367

8.7本章小结367

习题368

第9章 离散控制系统的校正综合327

9.1引言373

9.2连续部件离散化的几种近似方法374

9.2.1冲激响应不变法374

9.2.2零阶保持器近似法376

9.2.3极零匹配映射法377

9.2.4后向差分法379

9.2.5梯形积分法381

9.2.6小结385

9.3等效模拟校正设计方法386

9.3.1离散系统的两类校正设计方法386

9.3.2数字控制器的等效模拟校正设计387

9.3.3数字PID控制器390

9.3.4数字控制器的编程实现398

9.3.5小结400

9.4直接数字校正设计方法400

9.4.1数字控制器的直接设计401

9.4.2数字控制器的解析设计405

9.4.3最小时间响应408

9.4.4达林算法418

9.4.5小结421

9.5本章小结421

习题422

名词索引425

参考文献431