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第1章 绪论1

1.1 控制理论的基本含义1

1.1.1 经典控制理论2

1.1.2 现代控制理论2

1.2 控制系统的基本概念3

1.2.1 系统的概念3

1.2.2 控制与自动控制的概念3

1.3 控制系统的工作原理与组成4

1.3.1 控制系统的工作原理4

1.3.2 控制系统的组成6

1.4 控制系统的基本类型7

1.4.1 按控制策略分类7

1.4.2 按输入信号的性质分类8

1.4.3 按传递信号的性质分类9

1.5 控制系统的性能要求9

本章小结10

习题11

第2章 控制系统的数学模型12

2.1 控制系统的微分方程12

2.1.1 微分方程建立步骤13

2.1.2 控制系统的微分方程13

2.2 拉氏变换与反变换15

2.2.1 拉氏变换的定义15

2.2.2 典型时间函数的拉氏变换16

2.2.3 拉氏变换定理18

2.2.4 拉氏反变换21

2.2.5 拉氏变换求解线性微分方程25

2.3 控制系统的传递函数26

2.3.1 传递函数的定义26

2.3.2 传递函数的基本性质27

2.3.3 典型环节的传递函数28

2.4 系统方框图及其简化33

2.4.1 控制系统框图绘制步骤34

2.4.2 方框图的连接方式35

2.4.3 方框图的简化36

2.5 控制系统常用传递函数39

2.5.1 闭环系统的开环传递函数39

2.5.2 给定输入作用下的闭环传递函数40

2.5.3 扰动作用下的闭环传递函数40

2.6 信号流图和梅逊公式41

2.6.1 信号流图41

2.6.2 梅逊公式43

2.7 非线性模型的线性化45

2.7.1 线性化问题的提出45

2.7.2 非线性数学模型的线性化45

2.8 控制系统建模举例47

本章小结49

习题50

第3章 控制系统的时域分析54

3.1 时域响应54

3.2 典型输入信号55

3.3 一阶系统的时域分析57

3.3.1 一阶系统的单位阶跃响应58

3.3.2 一阶系统的脉冲响应59

3.4 二阶系统的时域分析59

3.4.1 二阶系统的单位阶跃响应60

3.4.2 控制系统的时域性能指标63

3.4.3 二阶系统的脉冲响应66

3.5 高阶系统的时域分析69

3.5.1 高阶系统的单位阶跃响应69

3.5.2 主导极点71

3.5.3 高阶系统阶跃性能指标72

3.6 控制系统稳定性分析73

3.6.1 稳定的概念73

3.6.2 稳定的条件74

3.6.3 劳斯稳定判据76

3.7 控制系统稳态误差分析79

3.7.1 偏差及误差的概念79

3.7.2 系统的类型和偏差系数81

3.7.3 扰动作用下的稳态误差83

3.7.4 控制系统稳态精度改善措施84

本章小结85

习题86

第4章 控制系统的频域分析89

4.1 频率特性的基本概念89

4.1.1 频率响应89

4.1.2 频率特性90

4.1.3 频率特性的求取方法及表达方式91

4.2 典型环节的频率特性95

4.2.1 比例环节95

4.2.2 惯性环节95

4.2.3 一阶微分环节98

4.2.4 二阶振荡环节99

4.2.5 积分环节103

4.2.6 延迟环节104

4.3 控制系统的开环频率特性105

4.3.1 最小相位系统105

4.3.2 系统开环传递函数奈奎斯特图的绘制106

4.3.3 系统开环传递函数伯德图的绘制109

4.3.4 传递函数的实验确定法112

4.4 系统稳定性的频域分析116

4.4.1 奈奎斯特稳定性判据116

4.4.2 伯德稳定性判据122

4.4.3 控制系统的相对稳定性124

4.5 系统动态性能的频域指标126

4.5.1 闭环系统的频率特性126

4.5.2 闭环频域性能指标128

4.5.3 开环系统频域性能指标130

4.5.4 用开环系统频率特性分析闭环系统性能131

本章小结132

习题133

第5章 控制系统的综合与校正138

5.1 校正的基本概念138

5.1.1 控制系统的性能指标138

5.1.2 控制系统的校正概念139

5.1.3 系统常用校正方式139

5.2 PID控制器140

5.2.1 PID控制器140

5.2.2 P控制141

5.2.3 PI控制142

5.2.4 PD控制144

5.2.5 PID控制145

5.3 PID控制器的实现146

5.3.1 PD控制器147

5.3.2 PI控制器147

5.3.3 PID控制器147

5.4 反馈校正148

5.4.1 反馈校正的连接形式148

5.4.2 反馈校正的特点149

5.5 复合校正149

5.5.1 顺馈补偿150

5.5.2 前馈补偿151

本章小结151

习题152

第6章 控制系统计算机辅助设计154

6.1 概述154

6.2 硬盘控制分析与建模155

6.2.1 硬盘工作原理155

6.2.2 硬盘控制建模158

6.3 MATLAB简介159

6.3.1 MATLAB简介159

6.3.2 MATLAB Simulink161

6.4 硬盘控制系统校正162

6.4.1 硬盘控制系统性能分析162

6.4.2 硬盘控制系统时域校正164

6.4.3 硬盘控制系统频域校正169

6.5 磁悬浮小球系统校正171

本章小结175

习题175

参考文献177