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第1章 自动控制的一般概念1

1.1 开环控制与闭环控制2

1.1.1 自动控制系统2

1.1.2 开环控制3

1.1.3 闭环（反馈）控制4

1.2 控制系统举例5

1.2.1 随动系统5

1.2.2 恒值控制系统6

1.2.3 数字控制系统7

1.2.4 计算机控制系统8

1.3 控制系统的组成与对控制系统的基本要求9

1.3.1 控制系统的组成9

1.3.2 对控制系统的基本要求10

1.4 控制系统设计概述10

本章小结12

习题12

第2章 模型14

2.1 模型的定义和分类14

2.2 控制系统的数学模型16

2.3 建立系统微分方程的一般方法17

2.4 用拉氏变换解线性微分方程21

2.4.1 拉普拉斯变换的定义21

2.4.2 几种典型函数的拉氏变换22

2.4.3 拉氏变换的积分下限问题23

2.4.4 拉氏变换的几个基本法则24

2.4.5 拉普拉斯反变换26

2.4.6 用拉氏变换求解微分方程29

2.5 传递函数30

2.5.1 传递函数的概念及定义31

2.5.2 关于传递函数的几点说明32

2.5.3 典型环节的传递函数33

2.6 动态结构图37

2.6.1 动态结构图的概念37

2.6.2 系统动态结构图的建立38

2.6.3 结构图的基本形式40

2.6.4 结构图的等效变换法则40

2.6.5 结构图变换举例45

2.7 自动控制系统的传递函数48

2.8 信号流图及梅逊增益公式50

2.8.1 信号流图的组成50

2.8.2 信号流图的绘制51

2.8.3 梅逊增益公式53

2.9 控制系统分析仿真工具MATLAB简介55

2.9.1 常量及变量的说明55

2.9.2 基本运算56

2.9.3 基本绘图操作58

2.9.4 SIMULINK与控制系统仿真59

2.10 应用MATLAB进行分析及运算63

2.10.1 多项式描述及解代数方程63

2.10.2 应用MATLAB进行拉普拉斯逆变换64

2.10.3 控制系统数学模型的MATLAB实现66

本章小结73

习题74

第3章 自动控制系统的时域分析78

3.1 典型控制过程及性能指标78

3.1.1 典型控制过程78

3.1.2 阶跃响应的性能指标81

3.2 一阶系统分析82

3.2.1 一阶系统的数学模型83

3.2.2 一阶系统的单位阶跃响应83

3.2.3 一阶系统的单位脉冲响应85

3.2.4 一阶系统的单位斜坡响应86

3.2.5 三种响应之间的关系87

3.3 二阶系统分析87

3.3.1 二阶系统的数学模型87

3.3.2 二阶系统的单位阶跃响应88

3.3.3 二阶系统的单位脉冲响应97

3.3.4 二阶系统的单位斜坡响应98

3.3.5 改善二阶系统响应特性的措施99

3.4 高阶系统分析101

3.4.1 三阶系统的单位阶跃响应101

3.4.2 高阶系统的单位阶跃响应102

3.4.3 闭环主导极点104

3.4.4 高阶系统的动态性能估算105

3.5 稳定性与代数判据106

3.5.1 稳定的概念和定义107

3.5.2 稳定性的代数判据111

3.5.3 结构不稳定及其改进措施115

3.6 稳态误差分析116

3.6.1 误差及稳态误差的定义117

3.6.2 稳态误差的计算117

3.6.3 系统结构、外作用与稳态误差的关系119

3.6.4 系统的型别和静态误差系数120

3.6.5 改善系统稳态精度的方法123

3.7 应用MATLAB分析系统的性能124

3.7.1 时域响应曲线的绘制124

3.7.2 求系统的时域性能指标129

3.7.3 判断系统的稳定性130

本章小结130

习题131

第4章 根轨迹法138

4.1 根轨迹的基本概念138

4.2 绘制根轨迹的基本条件和基本规则139

4.2.1 绘制根轨迹的基本条件139

4.2.2 绘制根轨迹的基本规则140

4.3 特殊根轨迹150

4.3.1 参数根轨迹150

4.3.2 正反馈回路的根轨迹151

4.3.3 滞后系统的根轨迹153

4.4 系统闭环零极点分布与阶跃响应的关系158

4.4.1 用闭环零极点表示的阶跃响应解析式158

4.4.2 闭环零极点分布与阶跃响应的定性关系159

4.4.3 主导极点与偶极子159

4.4.4 利用主导极点估算系统的性能指标159

4.5 开环零极点的变化对根轨迹的影响161

4.5.1 开环零点的变化对根轨迹的影响161

4.5.2 开环极点的变化对根轨迹的影响164

4.6 用MATLAB作根轨迹图166

4.6.1 画根轨迹图166

4.6.2 求根轨迹上任意点的增益值168

4.6.3 对根轨迹指定区域进行放大168

本章小结170

习题171

第5章 频率法177

5.1 频率特性177

5.1.1 幅相频率特性180

5.1.2 对数频率特性180

5.2 基本环节的频率特性181

5.2.1 比例环节181

5.2.2 惯性环节182

5.2.3 积分环节184

5.2.4 振荡环节185

5.2.5 微分环节186

5.2.6 一阶不稳定环节188

5.2.7 时滞环节189

5.3 系统开环频率特性的绘制190

5.4 用频率法分析控制系统的稳定性193

5.4.1 开环频率特性与闭环特征方程的关系193

5.4.2 奈奎斯特稳定判据194

5.4.3 虚轴上有开环特征根时的奈奎斯特判据197

5.4.4 用对数频率特性判断系统的稳定性198

5.4.5 控制系统的相对稳定性199

5.5 开环频率特性与系统动态性能的关系204

5.5.1 低频段204

5.5.2 中频段205

5.5.3 高频段206

5.6 系统的闭环频率特性206

5.6.1 等M圆图207

5.6.2 等N圆图208

5.6.3 根据闭环频率特性分析系统的时域响应209

5.7 用MATLAB进行频域分析212

5.7.1 绘制系统的Bode图212

5.7.2 绘制系统的Nyquist图215

5.7.3 绘制包含有数值为零的极点的系统的Nyquist图218

5.7.4 求幅值裕量、相角裕量、剪切频率和增益交界频率220

本章小结221

习题222

第6章 控制系统的校正229

6.1 控制系统校正的概念229

6.2 串联校正230

6.2.1 超前校正231

6.2.2 滞后校正239

6.2.3 滞后-超前校正247

6.3 反馈校正251

6.3.1 利用反馈校正改变局部结构和参数251

6.3.2 利用反馈校正取代局部结构252

6.4 前置校正253

6.4.1 稳定与精度254

6.4.2 抗扰与跟踪256

6.5 根轨迹法在系统校正中的应用256

6.5.1 串联超前校正257

6.5.2 串联滞后校正260

本章小结263

习题264

第7章 采样系统分析269

7.1 采样系统269

7.2 采样过程与采样定理271

7.2.1 采样过程271

7.2.2 采样定理275

7.3 信号保持275

7.4 Z变换理论278

7.4.1 Z变换定义278

7.4.2 Z变换方法278

7.4.3 Z变换性质281

7.4.4 Z反变换282

7.4.5 用Z变换法求解差分方程285

7.5 脉冲传递函数286

7.5.1 脉冲传递函数的定义286

7.5.2 脉冲传递函数的物理意义287

7.5.3 脉冲传递函数的求法289

7.5.4 开环系统脉冲传递函数290

7.5.5 闭环系统冲传递函数292

7.6 采样系统性能分析295

7.6.1 稳定性分析295

7.6.2 稳态误差分析300

7.6.3 动态性能分析303

7.6.4 根轨迹法在采样系统中的应用307

7.6.5 频率法在采样系统中的应用309

7.7 用MATLAB分析采样控制系统311

7.7.1 模型的转换311

7.7.2 时域分析312

7.7.3 根轨迹分析314

7.7.4 频域分析315

本章小结316

习题317

部分习题参考答案320

参考文献327