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第1章 反馈控制概述及其历史回顾1

1.1 简单的反馈系统2

1.2 反馈分析4

1.3 历史简介7

1.4 全书概述11

本章小结12

复习题12

习题13

第2章 动态模型15

2.1 机械系统动力学16

2.1.1 平移运动16

2.1.2 旋转运动20

2.1.3 旋转和平移的组合25

2.1.4 分布参数系统28

2.1.5 小结：推导刚体的运动方程28

2.2 电路模型29

2.3 机电系统模型31

2.4 热和液体流动模型35

2.4.1 热流动35

2.4.2 不可压缩液体的流动37

2.5 历史回顾41

本章小结43

复习题44

习题44

第3章 动态响应51

3.1 拉普拉斯变换回顾52

3.1.1 卷积响应52

3.1.2 传递函数与频率响应56

3.1.3 拉普拉斯变换61

3.1.4 拉普拉斯变换的性质63

3.1.5 部分分式法求拉普拉斯反变换64

3.1.6 终值定理66

3.1.7 应用拉普拉斯变换解决问题67

3.1.8 极点和零点69

3.1.9 用MATLAB分析线性系统70

3.2 系统建模图73

3.2.1 方框图73

3.2.2 利用MATLAB进行方框图化简76

3.3 极点配置的影响77

3.4 时域特性83

3.4.1 上升时间83

3.4.2 超调量和峰值时间84

3.4.3 调节时间85

3.5 零点和附加极点的影响86

3.6 稳定性93

3.6.1 有界输入和有界输出稳定性93

3.6.2 线性时不变系统的稳定性94

3.6.3 劳斯稳定性判据95

3.7 由实验数据建立模型101

3.7.1 由瞬态响应数据建立模型102

3.7.2 由其他数据建立模型105

3.8 幅值变换与时间变换105

3.8.1 幅值变换105

3.8.2 时间变换106

3.9 历史回顾107

本章小结107

复习题108

习题109

第4章 反馈分析的基本概念122

4.1 控制系统的基本方程123

4.1.1 稳定性124

4.1.2 跟踪性125

4.1.3 校正性125

4.1.4 灵敏度126

4.2 对于多项式输入的稳态误差控制：系统类型128

4.2.1 对于跟踪的系统类型129

4.2.2 用于校正和干扰抑制的系统类型132

4.3 PID控制器135

4.3.1 比例控制（P）135

4.3.2 比例积分控制（P1）136

4.3.3 比例积分微分控制（PID）137

4.3.4 PID控制器的Z-N（Ziegler-Nichols）整定法140

4.4 数字控制简介143

4.5 历史回顾148

本章小结149

复习题150

习题151

第5章 根轨迹设计法161

5.1 基本反馈系统的根轨迹162

5.2 绘制根轨迹的原则165

5.2.1 绘制正（180°）根轨迹的规则167

5.2.2 绘制根轨迹规则小结171

5.2.3 参数值的选取171

5.3 根轨迹图解举例173

5.4 使用动态补偿的设计182

5.4.1 使用超前补偿的设计183

5.4.2 使用滞后补偿的设计185

5.4.3 使用陷波补偿的设计187

5.4.4 模拟和数字补偿的实现188

5.5 使用根轨迹法的设计实例191

5.6 根轨迹法的扩展196

5.6.1 绘制负（0°）根轨迹的规则196

5.6.2 考虑两个参数的情况198

5.6.3 时间延迟199

5.7 历史回顾201

本章小结203

复习题204

习题204

第6章 频率响应设计法217

6.1 频率响应218

6.1.1 伯德图法223

6.1.2 稳态误差232

6.2 临界稳定233

6.3 奈奎斯特稳定性判据235

6.3.1 幅角原理235

6.3.2 在控制设计中的应用236

6.4 稳定裕度244

6.5 伯德增益－相位关系250

6.6 闭环频率响应253

6.7 补偿254

6.7.1 PD补偿254

6.7.2 超前补偿255

6.7.3 PI补偿263

6.7.4 滞后补偿264

6.7.5 PID补偿268

6.7.6 设计的考虑因素272

6.7.7 灵敏度函数性能指标273

6.7.8 灵敏度函数的设计限制277

6.8 时滞279

6.9 数据的其他表示280

6.9.1 尼科尔斯图281

6.1 0历史回顾283

本章小结284

复习题286

习题286

第7章 状态空间设计法303

7.1 状态空间的优点304

7.2 状态空间中的系统描述305

7.3 方框图和状态空间309

状态空间的时间和幅值换算311

7.4 状态方程的分析312

7.4.1 方框图与标准型312

7.4.2 从状态方程求解动态响应321

7.5 全状态反馈的控制规律设计326

7.5.1 寻找控制规律327

7.5.2 引入全状态反馈的参考输入333

7.6 优良设计的极点位置选择336

7.6.1 主导二阶极点337

7.6.2 对称根轨迹（SRL）338

7.6.3 两种方法的评论344

7.7 估计器设计344

7.7.1 全阶估计器344

7.7.2 降阶估计器349

7.7.3 估计器极点选择352

7.8 补偿器设计：结合控制规律和估计器354

7.9 带有估计器的参考输入362

7.9.1 参考输入的一般结构363

7.9.2 选择增益370

7.1 0积分控制和鲁棒跟踪371

7.1 0.1 积分控制371

7.1 0.2 鲁棒跟踪控制：误差空间法373

7.1 0.3 扩展估计器381

7.1 1回路传递恢复（LTR）383

7.1 2使用有理传递函数的直接设计387

7.1 3含纯时滞的系统设计390

7.1 4历史回顾393

本章小结394

复习题396

习题397

第8章 数字控制411

8.1 数字化411

8.2 离散系统的动态分析413

8.2.1 z变换413

8.2.2 z逆变换414

8.2.3 s与z的关系416

8.2.4 终值定理417

8.3 离散等效设计419

8.3.1 零极点匹配法（MPZ）421

8.3.2 改进的零极点匹配法（MMPZ）424

8.3.3 比较三种数字逼近方法424

8.3.4 离散等效设计法的应用限制425

8.4 硬件特性425

8.4.1 模数（A/D）转换器426

8.4.2 数模（D/A）转换器426

8.4.3 抗混叠预滤波器426

8.4.4 计算机427

8.5 采样速率的选择428

8.5.1 跟踪有效性428

8.5.2 扰动抑制429

8.5.3 抗混叠预滤波器的作用429

8.5.4 异步采样430

8.6 离散设计430

8.6.1 分析工具430

8.6.2 反馈特性432

8.6.3 离散设计举例432

8.6.4 设计的离散分析434

8.7 历史回顾435

本章小结436

复习题437

习题437

第9章 非线性系统442

9.1 引言和动机：为什么学习非线性系统443

9.2 线性化分析444

9.2.1 使用小信号分析的线性化444

9.2.2 使用非线性反馈的线性化448

9.2.3 使用反向非线性的线性化448

9.3 使用根轨迹法的等效增益分析449

9.3.1 积分器抗漂移453

9.4 使用频率响应的等效增益分析：描述函数456

9.4.1 用描述函数的稳定性分析460

9.5 基于稳定性的分析和设计463

9.5.1 相平面464

9.5.2 李雅普诺夫稳定性分析467

9.5.3 圆判据473

9.6 历史回顾477

本章小结477

复习题478

习题478

第10章 控制系统设计：原理与案例研究485

10.1 控制系统设计概要486

10.2 卫星姿态控制设计490

10.3 波音747飞机的侧向和纵向控制500

10.3.1 偏移阻尼器503

10.3.2 姿态保持自动导航仪508

10.4 汽车引擎的油气比例控制512

10.5 硬盘的读／写磁头组件控制517

10.6 半导体芯片制造中的快速热处理器控制系统522

10.7 趋化性或者大肠杆菌的顺利游动533

10.8 历史回顾539

本章小结540

复习题541

习题541

附录A 拉普拉斯变换550

附录B 章末复习题答案562

附录C MATLAB命令573

参考文献576

术语表581