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1 概论1

1.1 控制理论在工程中的应用和发展1

1.2 自动控制系统的基本概念2

1.3 控制理论在机械制造工业中的应用8

1.4 课程主要内容及学时安排11

例题及习题13

2 控制系统的动态数学模型16

2.1 基本环节数学模型16

2.2 数学模型的线性化20

2.3 拉氏变换及反变换22

2.4 传递函数以及典型环节的传递函数33

2.5 系统函数方块图及其简化40

2.6 系统信号流图及梅逊公式44

2.7 受控机械对象数学模型45

2.8 绘制实际物理系统的函数方块图47

2.9 控制系统数学模型的MATLAB实现56

2.10 状态空间方程的基本概念60

例题及习题64

3 时域瞬态响应分析76

3.1 时域响应以及典型输入信号76

3.2 一阶系统的瞬态响应79

3.3 二阶系统的瞬态响应81

3.4 时域分析性能指标88

3.5 高阶系统的瞬态响应92

3.6 借助MATLAB进行系统时间响应分析95

3.7 时域瞬态响应的实验方法104

例题及习题106

4 控制系统的频率特性115

4.1 机电系统频率特性的概念及其基本实验方法115

4.2 极坐标图123

4.3 对数坐标图128

4.4 由频率特性曲线求系统传递函数136

4.5 由单位脉冲响应求系统的频率特性139

4.6 对数幅相特性图140

4.7 控制系统的闭环频响141

4.8 机械系统动刚度的概念149

4.9 借助MATLAB进行控制系统的频域响应分析151

4.10 小结155

例题及习题155

5 控制系统的稳定性分析162

5.1 系统稳定性的基本概念162

5.2 系统稳定的充要条件163

5.3 代数稳定性判据164

5.4 乃奎斯特稳定性判据171

5.5 应用乃奎斯特稳定性判据分析延时系统的稳定性178

5.6 由伯德图判断系统的稳定性183

5.7 控制系统的相对稳定性186

5.8 借助MATLAB分析系统稳定性190

5.9 李雅普诺夫稳定性方法193

例题及习题194

6 控制系统的误差分析和计算201

6.1 稳态误差的基本概念201

6.2 输入引起的稳态误差202

6.3 干扰引起的稳态误差207

6.4 减小系统误差的途径211

6.5 动态误差系数213

例题及习题214

7 控制系统的综合与校正220

7.1 系统的性能指标220

7.2 系统的校正概述223

7.3 串联校正224

7.4 反馈校正234

7.5 用频率法对控制系统进行综合与校正237

7.6 典型控制系统举例250

7.7 确定PID参数的其他方法262

7.8 MATLAB在系统综合校正中的应用267

7.9 小结270

例题及习题270

8 根轨迹法278

8.1 根轨迹与根轨迹方程278

8.2 绘制根轨迹的基本法则281

8.3 其他参数根轨迹图的绘制288

8.4 根轨迹图绘制举例289

8.5 系统闭环零点、极点的分布与性能指标293

8.6 借助MATLAB进行系统根轨迹分析299

例题及习题302

9 控制系统的非线性问题305

9.1 概述305

9.2 描述函数法308

9.3 相轨迹法322

9.4 李雅普诺夫稳定性方法342

9.5 借助MATLAB分析系统非线性343

例题及习题344

10 计算机控制系统351

10.1 计算机控制系统概述351

10.2 线性离散系统的数学模型358

10.3 线性离散系统的性能分析384

10.4 计算机控制系统的模拟化设计方法393

10.5 MATLAB在计算机控制系统中的应用398

例题及习题403

附录A 拉普拉斯变换表410

附录B 高阶最优模型最佳频比的证明414

习题参考答案417

参考文献430