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第1章 绪论1

1.1自动控制的基本概念1

1.1.1自动控制与自动控制系统1

1.1.2开环控制与闭环控制2

1.2自动控制系统的分类4

1.3自动控制系统的组成及性能要求6

1.3.1自动控制系统的组成6

1.3.2对控制系统的性能要求7

1.4自动控制理论的发展9

1.4.1经典控制理论9

1.4.2现代控制理论10

1.4.3智能控制理论11

本章小结11

思考与练习12

第2章 自动控制系统的数学模型13

2.1控制系统的微分方程13

2.1.1微分方程的建立13

2.1.2拉氏变换及其应用17

2.1.3拉氏变换法求解微分方程24

2.2传递函数26

2.2.1传递函数的定义27

2.2.2传递函数的性质28

2.2.3传递函数的表达式29

2.2.4传递函数的求解方法30

2.3典型环节的传递函数32

2.3.1传递函数的一般形式32

2.3.2比例环节34

2.3.3惯性环节35

2.3.4积分环节35

2.3.5微分环节36

2.3.6振荡环节37

2.3.7延迟环节37

2.4动态结构图38

2.4.1动态结构图的概念与一般画法38

2.4.2动态结构图的等效变换与简化40

2.5信号流图与梅逊增益公式45

2.5.1信号流图46

2.5.2梅逊增益公式47

2.6反馈控制系统的传递函数49

2.7用MATLAB处理系统数学模型52

2.7.1建立模型52

2.7.2简化模型54

本章小结55

思考与练习55

第3章 时域分析法59

3.1时域分析基础59

3.1.1典型输入信号59

3.1.2动态及稳态性能指标61

3.2一阶系统的时域分析63

3.2.1一阶系统的数学模型63

3.2.2一阶系统的时间响应及性能分析63

3.3二阶系统的时域分析66

3.3.1二阶系统的数学模型66

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应68

3.3.3欠阻尼二阶系统的动态性能指标72

3.4高阶系统的时域分析80

3.4.1高阶系统的单位阶跃响应80

3.4.2闭环零、极点对系统性能的影响81

3.4.3闭环主导极点82

3.5线性系统的稳定性分析82

3.5.1稳定性的概念及线性系统稳定的充要条件82

3.5.2劳斯稳定判据83

3.5.3劳斯稳定判据的两种特殊情况84

3.5.4劳斯稳定判据在系统分析中的应用86

3.5.5结构性不稳定系统的改进措施87

3.6线性系统的稳态误差分析89

3.6.1控制系统的误差与稳态误差90

3.6.2误差的数学模型90

3.6.3给定信号作用下的稳态误差93

3.6.4扰动信号作用下的稳态误差100

3.6.5减小稳态误差的方法102

3.7用MATLAB进行系统时域分析104

3.7.1用MATLAB分析系统的稳定性104

3.7.2用MATLAB分析系统的动态特性106

本章小结109

思考与练习109

第4章 根轨迹法113

4.1根轨迹的基本概念113

4.1.1根轨迹的概念113

4.1.2根轨迹方程115

4.2绘制根轨迹的规则和方法116

4.3延迟系统的根轨迹126

4.4广义根轨迹129

4.4.1参数根轨迹129

4.4.2零度根轨迹131

4.5用根轨迹法分析系统性能134

4.5.1增加开环极点对控制系统的影响135

4.5.2增加开环零点对控制系统的影响136

4.5.3用根轨迹确定系统参数136

4.5.4用根轨迹分析系统的动态性能140

4.6用MATLAB绘制系统的根轨迹141

本章小结143

思考与练习144

第5章 频域分析法148

5.1频率特性148

5.1.1基本概念148

5.1.2频率特性的定义150

5.1.3频率特性的数学表示及作图153

5.2典型环节的频率特性156

5.2.1比例环节156

5.2.2积分环节157

5.2.3微分环节158

5.2.4惯性环节160

5.2.5一阶微分环节162

5.2.6振荡环节163

5.2.7二阶微分环节166

5.2.8延迟环节167

5.2.9最小与非最小相位系统167

5.3系统开环频率特性作图169

5.3.1开环幅相频率特性作图169

5.3.2开环对数频率特性作图172

5.4频域稳定性判据177

5.4.1开环极点与闭环极点的关系178

5.4.2频域稳定性判据178

5.4.3频域稳定性分析182

5.4.4奈氏稳定判据在伯德图中的应用186

5.4.5稳定裕度188

5.4.6闭环系统的频率特性191

5.4.7频率特性分析192

5.5用MATLAB进行系统频域分析195

本章小结201

思考与练习202

第6章 线性系统的校正方法205

6.1控制系统校正的概念205

6.1.1控制系统的设计步骤205

6.1.2校正的概念与校正方案206

6.1.3校正方法210

6.2 PID控制器211

6.2.1 P（比例）控制器211

6.2.2 PD（比例-微分）控制器211

6.2.3 PI（比例-积分）控制器212

6.2.4 PID（比例-积分-微分）控制器213

6.3串联校正的分析法214

6.3.1超前校正214

6.3.2滞后校正223

6.3.3滞后—超前校正229

6.4串联校正的综合法232

6.4.1综合法的基本方法232

6.4.2按最佳二阶系统校正233

6.4.3按典型三阶系统校正237

6.5反馈校正设计239

6.6复合控制校正设计242

6.6.1复合控制的概念242

6.6.2按扰动补偿的复合控制系统242

6.6.3按输入补偿的复合控制系统244

6.7用MATLAB进行校正设计247

本章小结253

思考与练习254

第7章 离散控制系统分析255

7.1离散控制系统的基本概念255

7.1.1采样过程255

7.1.2采样定理258

7.1.3信号的复现与保持260

7.2 z变换263

7.3离散控制系统的数学模型267

7.3.1差分方程267

7.3.2脉冲传递函数270

7.3.3闭环系统的脉冲传递函数275

7.4离散控制系统稳定性分析279

7.5离散系统的稳态误差284

7.6离散系统的动态性能288

本章小结294

思考与练习295

第8章 非线性控制系统分析298

8.1控制系统的非线性特性299

8.1.1继电特性299

8.1.2饱和特性299

8.1.3死区特性300

8.1.4滞环特性301

8.1.5摩擦特性302

8.2相平面分析法302

8.2.1相平面与相轨迹302

8.2.2相平面作图304

8.2.3相轨迹的运动特性308

8.2.4相平面图分析314

8.3描述函数法319

8.3.1描述函数的定义319

8.3.2非线性环节的描述函数321

8.3.3非线性控制系统的描述函数分析324

本章小结327

思考与练习328