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第1章　绪论1

本章教学目标与要求1

引言1

1.1 自动控制系统简介2

1.2　自动控制系统的组成及术语4

1.3　自动控制系统的类型5

1.3.1　按系统输入信号划分5

1.3.2　按传送的信号性质划分6

1.3.3　按描述元件的动态方程划分6

1.3.4　按系统参数是否随时间变化划分6

1.4 自动控制系统的性能指标6

1.5　自动控制系统实例8

1.5.1　液面控制系统8

1.5.2　炉温控制系统9

1.5.3　函数记录仪9

学习指导及小结10

本章知识架构11

阅读材料12

习题12

第2章　线性系统的数学模型15

本章教学目标与要求15

引言15

2.1　控制系统的数学模型16

2.1.1　线性系统微分方程的建立方法16

2.1.2　线性系统微分方程的建立实例16

2.1.3　线性系统的基本特性19

2.1.4　非线性系统微分方程的线性化20

2.2　传递函数20

2.2.1　传递函数的概念21

2.2.2　传递函数的定义22

2.2.3　典型环节的传递函数23

2.2.4　传递函数与电气网络的运算阻抗26

2.3　结构图26

2.3.1　结构图的组成26

2.3.2　系统结构图的建立27

2.3.3　结构图的等效变换28

2.3.4　控制系统的传递函数32

2.4　信号流图35

2.4.1　信号流图中的术语35

2.4.2　控制系统信号流图的绘制36

2.4.3　信号流图的简化原则37

2.4.4　梅森公式38

2.5 习题精解及MATLAB工具和案例分析39

2.5.1　习题精解39

2.5.2　案例分析及MATLAB应用41

学习指导及小结42

本章知识架构44

阅读材料45

习题46

第3章　线性系统的时域分析49

本章教学目标与要求49

引言49

3.1　性能指标50

3.1.1　典型输入信号50

3.1.2　动态性能指标50

3.1.3　稳态性能指标52

3.2　一阶系统的单位阶跃响应52

3.2.1　一阶系统的数学模型52

3.2.2　一阶系统的单位阶跃响应52

3.3　二阶系统的单位阶跃响应53

3.3.1　二阶系统的数学模型53

3.3.2　二阶系统的单位阶跃响应53

3.3.3　二阶系统阶跃响应的性能指标56

3.3.4　二阶系统的动态校正59

3.4　高阶系统的时域响应63

3.5 自动控制系统的代数稳定判据65

3.5.1　稳定的概念65

3.5.2　线性系统稳定的充分必要条件66

3.5.3　劳斯判据66

3.5.4　相对稳定性和稳定裕量68

3.6　稳态误差69

3.6.1　稳态误差的定义69

3.6.2　系统类型70

3.6.3　稳态误差计算70

3.6.4　扰动作用下的稳态误差72

3.7　习题精解及MATLAB工具和案例分析74

3.7.1　习题精解74

3.7.2　案例分析及MATLAB应用77

学习指导及小结80

本章知识架构82

阅读材料82

习题83

第4章　根轨迹87

本章教学目标与要求87

引言87

4.1　根轨迹的基本概念87

4.1.1　根轨迹的概念88

4.1.2　根轨迹的条件89

4.2　绘制系统根轨迹的基本法则90

4.2.1　180°根轨迹的绘制规则90

4.2.2　0°根轨迹的绘制规则101

4.2.3　参量根轨迹103

4.3　用根轨迹法分析系统的性能105

4.3.1　增加开环零点、极点对根轨迹的影响105

4.3.2　利用根轨迹法分析参数调整对系统性能的影响108

4.3.3　根据对系统性能的要求估算可调参数的值109

4.4 习题精解及MATLAB工具和案例分析110

4.4.1　习题精解110

4.4.2　案例分析及MATLAB应用114

学习指导及小结117

本章知识架构118

阅读材料119

习题119

第5章　线性系统的频域分析123

本章教学目标与要求123

引言123

5.1　频率特性的基本概念123

5.2　典型环节的频率特性128

5.3　控制系统的开环频率特性134

5.3.1　开环极坐标图（奈奎斯特图）134

5.3.2　开环对数频率特性图136

5.3.3　最小相位系统与非最小相位系统140

5.4　映射定理与奈奎斯特稳定判据141

5.4.1　映射定理142

5.4.2　奈奎斯特稳定判据143

5.5　稳定裕度146

5.6　用闭环频率特性分析系统的性能148

5.7 习题精解及MATLAB工具和案例分析151

5.7.1　习题精解151

5.7.2　案例分析及MATLAB应用154

学习指导及小结156

本章知识架构157

阅读材料157

习题158

第6章　控制系统的校正163

本章教学目标与要求163

引言163

6.1　系统的设计及校正问题163

6.2　基本控制规律166

6.3　串联超前校正169

6.4　滞后校正174

6.5　滞后-超前校正179

6.6　串联综合法校正185

6.7　反馈校正188

6.8　复合校正191

6.9 习题精解及MATLAB工具和案例分析193

6.9.1　习题精解193

6.9.2　案例分析及MATLAB应用199

学习指导及小结200

本章知识架构201

阅读材料202

习题202

第7章　离散控制系统207

本章教学目标与要求207

引言207

7.1　离散系统的基本概念207

7.1.1　采样控制系统207

7.1.2　离散控制系统分类及特点209

7.2　采样过程和采样定理209

7.2.1　信号的采样209

7.2.2　采样定理（香农定理）212

7.3　信号恢复212

7.3.1　理想滤波器212

7.3.2　零阶保持器213

7.4　Z变换214

7.4.1　Z变换定义214

7.4.2　Z变换性质217

7.4.3　Z变换方法218

7.4.4　Z反变换219

7.5　离散系统的数学模型221

7.5.1　差分方程221

7.5.2　脉冲传递函数223

7.5.3　开环采样系统的脉冲传递函数224

7.5.4　闭环采样系统的脉冲传递函数227

7.6　离散系统的时域分析231

7.6.1　离散系统的稳定性分析231

7.6.2　离散系统的瞬态响应分析236

7.6.3　离散系统的稳态误差239

7.7 习题精解及MATLAB工具和案例分析243

7.7.1　习题精解243

7.7.2　案例分析及MATLAB应用245

学习指导及小结247

本章知识架构249

阅读材料250

习题250

第8章　非线性控制系统254

本章教学目标与要求254

引言254

8.1　非线性控制系统的概述254

8.1.1　研究非线性理论的意义254

8.1.2　非线性系统的特征255

8.1.3　常见非线性特性256

8.1.4　非线性系统的分析方法259

8.2　描述函数法260

8.2.1　描述函数法的基本概念260

8.2.2　典型非线性特性的描述函数262

8.2.3　用描述函数法分析系统的稳定性265

8.3　相平面法268

8.3.1　问题的提出268

8.3.2　相轨迹的特点268

8.3.3　相轨迹的绘制方法270

8.3.4　非线性系统的相轨迹273

8.4 习题精解及MATLAB工具和案例分析275

8.4.1　习题精解275

8.4.2 案例分析及MATLAB应用278

学习指导及小结281

本章知识架构282

阅读材料282

习题283

第9章 用MATLAB/Simulink进行仿真实验287

9.1 MATLAB简介287

9.2　Simulink简介293

9.2.1　Simulink入门293

9.2.2　Simulink库基本模块简介294

9.2.3　Simulink的基本建模方法298

9.2.4　Simulink仿真举例300

9.3　仿真实验303

9.3.1　实验一　典型环节动态特性及PID的控制作用303

9.3.2　实验二　二阶系统的瞬态响应分析309

9.3.3　实验三　控制系统稳定性分析和瞬态响应分析311

9.3.4　实验四　串联校正环节的设计312

附录　拉普拉斯变换-Z变换表315

参考文献317