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第1章 绪论1

1.1 自动控制理论的发展概述1

1.2 控制系统工作原理2

1.3 自动控制系统的类型5

1.3.1 按信号流向划分5

1.3.2 按输入信号的特征分类6

1.3.3 按描述元件的动态方程分类6

1.3.4 按信号的传递是否连续分类6

1.3.5 按系统的参数是否随时间变化分类7

1.4 自动控制系统的基本要求7

1.4.1 稳定性7

1.4.2 快速性8

1.4.3 稳态性能8

1.5 小结8

1.6 习题9

第2章 线性控制系统的运动方程及模型12

2.1 控制系统的时域数学模型13

2.1.1 线性系统微分方程的建立13

2.1.2 线性系统的重要特征16

2.1.3 非线性微分方程的线性化16

2.1.4 运动的模态17

2.2 控制系统的传递函数17

2.2.1 传递函数的概念17

2.2.2 关于传递函数的几点说明19

2.2.3 典型环节及其传递函数22

2.3 控制系统的结构图（框图）25

2.3.1 结构图的组成和建立26

2.3.2 结构图的等效变换和简化27

2.3.3 典型闭环控制系统的结构图及其传递函数34

2.4 信号流图35

2.4.1 信号流图的概念36

2.4.2 梅森公式38

2.5 小结39

2.6 习题39

第3章 线性系统的时域和频域分析方法44

3.1 线性系统的时域分析法45

3.1.1 典型输入信号45

3.1.2 线性系统的时域分析48

3.1.3 二阶系统的瞬态性能指标53

3.2 线性系统的根轨迹分析法57

3.2.1 根轨迹的概念58

3.2.2 幅值条件和相角条件59

3.2.3 绘制根轨迹的基本法则62

3.2.4 根轨迹法分析系统的性能73

3.2.5 增加开环零极点对根轨迹的影响75

3.2.6 增加开环偶极子对根轨迹的影响76

3.3 线性系统的频域分析法78

3.3.1 频率特性的基本概念79

3.3.2 频率特性的图示方法81

3.3.3 典型环节的频率特性83

3.3.4 系统的开环频率特性92

3.3.5 最小相位系统、非最小相位系统98

3.4 小结98

3.5 习题99

第4章 闭环控制系统的稳定性分析104

4.1 稳定性和劳斯判据104

4.1.1 稳定性的基本概念104

4.1.2 线性系统稳定的充要条件104

4.1.3 劳斯稳定判据106

4.1.4 劳斯判据的应用108

4.2 辐角定理和奈奎斯特稳定判据110

4.2.1 辐角定理110

4.2.2 奈奎斯特稳定判据111

4.2.3 奈奎斯特稳定判据的应用113

4.3 伯德图的稳定性分析118

4.4 基于频率特性的性能分析与优化122

4.4.1 幅值裕度123

4.4.2 相角裕度123

4.4.3 利用开环频率特性分析系统性能128

4.5 控制系统的闭环频率特性134

4.5.1 用向量法求闭环频率特性135

4.5.2 等M圆图和等N圆图135

4.5.3 尼柯尔斯图138

4.5.4 利用闭环幅频特性分析和估算系统的性能140

4.6 小结143

4.7 习题143

第5章 闭环控制系统的误差分析147

5.1 稳态误差分析147

5.1.1 稳态误差的定义148

5.1.2 控制系统的型别149

5.1.3 给定输入作用下系统的稳态误差149

5.1.4 扰动输入作用下系统的稳态误差153

5.2 稳态误差与对数幅频特性曲线的关系155

5.2.1 稳态位置误差系数的确定155

5.2.2 稳态速度误差系数的确定156

5.2.3 稳态加速度误差系数的确定156

5.2.4 降低稳态误差的方法157

5.3 小结159

5.4 习题159

第6章 自动控制系统的校正163

6.1 控制系统校正的基本概念164

6.1.1 校正方式164

6.1.2 性能指标165

6.1.3 设计方法165

6.1.4 基本控制规律166

6.2 串联校正装置及其特性170

6.3 串联校正的设计178

6.3.1 串联校正的频域法设计178

6.3.2 串联校正的根轨迹法设计186

6.3.3 串联校正的期望对数频率特性设计法192

6.4 反馈校正的设计196

6.4.1 反馈校正装置对系统特性的影响196

6.4.2 反馈校正装置的设计方法197

6.4.3 反馈校正的特点200

6.5 复合控制校正202

6.6 小结205

6.7 习题205

第7章 控制系统实例209

7.1 直流电动机的控制209

7.1.1 电枢控制209

7.1.2 磁场控制210

7.1.3 直流电动机的反馈控制210

7.2 楼宇电梯的拖动控制系统212

7.3 分体单冷空调自动控制系统213

7.3.1 分体单冷空调的基本工作原理213

7.3.2 分体单冷空调自动控制系统结构213

7.4 锅炉设备的控制214

7.4.1 汽包水位控制214

7.4.2 蒸汽过热系统的控制215

7.4.3 锅炉燃烧过程的控制216

7.5 青霉素发酵过程MLS-SVM逆系统内模控制219

7.6 液压控制系统226

7.6.1 液压控制系统的建模过程226

7.6.2 液压基本元件的数学描述226

7.6.3 液压位置控制系统的建模227

7.6.4 液压速度控制系统建模230

附录233

附录A 拉普拉斯变换233

A.1 拉普拉斯变换的定义233

A.2 拉普拉斯变换的基本性质234

A.3 拉普拉斯反变换240

附录B MATLAB在控制系统中的应用245

B.1 用MATLAB建立传递函数模型245

B.2 利用MALTAB进行时域分析251

附录C 部分重要术语273

附录D 部分习题答案275

参考文献282