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第1章 控制系统的基本概念1

1.1 控制系统的发展历史1

1.2 控制系统的基本类型2

1.2.1 恒值控制系统和随动控制系统2

1.2.2 线性控制系统和非线性控制系统3

1.2.3 连续控制系统和采样控制系统3

1.2.4 开环控制系统和闭环控制系统3

1.3 控制系统的基本要求5

小结5

习题6

第2章 控制系统的数学模型7

2.1 建立动态微分方程的一般方法7

2.2 传递函数9

2.2.1 传递函数的基本概念9

2.2.2 典型环节及其传递函数11

2.3 系统的动态结构图13

2.3.1 结构图的构成13

2.3.2 控制系统的传递函数14

2.4 结构图的等效变换17

2.4.1 串联环节的等效变换17

2.4.2 并联环节的等效变换18

2.4.3 反馈环节的等效变换18

2.4.4 结构图的等效变换法则19

2.4.5 系统结构图等效变换举例20

小结22

习题22

第3章 时域分析法25

3.1 典型输入信号及时域性能指标25

3.1.1 典型输入信号25

3.1.2 输入量为单位阶跃函数的系统暂态性能指标26

3.2 控制系统的稳定性27

3.2.1 线性系统稳定性的概念27

3.2.2 劳斯（Routh）判据27

3.3 一阶系统的阶跃响应30

3.3.1 一阶系统的数学模型30

3.3.2 一阶系统的暂态响应31

3.3.3 一阶系统的暂态性能指标31

3.3.4 三种典型输入信号响应之间的关系32

3.4 二阶系统的阶跃响应33

3.4.1 二阶系统的数学模型33

3.4.2 二阶系统的暂态响应33

3.4.3 二阶系统的暂态性能指标35

3.4.4 高阶系统与闭环主导极点38

3.5 系统的稳态误差分析39

3.5.1 误差与稳态误差39

3.5.2 在典型输入信号作用下的稳态误差39

3.5.3 扰动信号作用下的稳态误差43

3.5.4 减少稳态误差的措施44

小结44

习题44

第4章 频率特性法47

4.1 频率特性的基本概念47

4.1.1 频率特性的定义47

4.1.2 频率特性的描述方式47

4.2 典型环节的频率特性48

4.2.1 放大（比例）环节48

4.2.2 积分环节49

4.2.3 微分环节50

4.2.4 惯性环节（一阶系统）51

4.2.5 二阶振荡环节（二阶系统）52

4.2.6 延迟环节54

4.3 开环频率特性的绘制54

4.3.1 幅相频率特性曲线的绘制54

4.3.2 对数频率特性曲线的绘制56

4.4 稳定性判据59

4.4.1 奈奎斯特稳定判据59

4.4.2 控制系统的相对稳定性61

4.5 开环频率特性与性能指标63

4.5.1 开环频率特性与系统性能63

4.5.2 开环频率特性与系统暂态性能指标64

小结66

习题66

第5章 系统的校正与设计69

5.1 系统校正的概念69

5.2 常用控制规律70

5.2.1 比例P控制70

5.2.2 比例微分PD控制70

5.2.3 比例积分PI控制70

5.2.4 比例积分微分PID控制70

5.3 校正装置与特性71

5.3.1 超前校正装置71

5.3.2 滞后校正装置72

5.3.3 滞后-超前校正装置72

5.4 校正方法及校正装置的设计73

5.4.1 串联校正73

5.4.2 反馈校正78

5.4.3 复合校正79

5.5 SISOTOOL工具箱在控制系统补偿器中的应用81

小结84

习题84

第6章 采样控制系统85

6.1 采样控制系统的基本概念85

6.1.1 采样脉冲控制系统85

6.1.2 数字控制系统86

6.2 信号的采样和保持86

6.2.1 信号的采样86

6.2.2 信号的保持87

6.3 z变换89

6.3.1 z变换的定义89

6.3.2 z变换的求取89

6.3.3 z变换的基本定理91

6.3.4 z反变换92

6.4 采样系统的传递函数93

6.4.1 脉冲传递函数的基本概念93

6.4.2 开环系统（或环节）的脉冲传递函数93

6.4.3 闭环采样系统的脉冲传递函数95

6.5 采样系统的稳定性与稳态误差97

6.5.1 采样系统的稳定性97

6.5.2 采样系统的稳态误差99

小结100

习题100

第7章 控制系统的状态空间法102

7.1 现代控制理论与经典控制理论比较102

7.2 状态空间法的基本概念102

7.2.1 基本术语102

7.2.2 系统状态空间描述的特点104

7.3 状态空间法的建立104

7.3.1 将高阶微分方程化为状态空间表达式104

7.3.2 将传递函数化为状态空间表达式106

7.3.3 将结构图化为状态空间表达式108

7.3.4 由状态空间表达式确定系统传递函数109

7.4 系统的运动110

7.4.1 矩阵指数的定义110

7.4.2 矩阵指数的性质110

7.4.3 矩阵指数的计算110

7.4.4 线性定常系统的受控运动111

7.5 系统的能控性和可观测性112

7.5.1 能控性和可观测性的概念112

7.5.2 线性定常系统的能控性判据113

7.5.3 线性定常系统的可观测性判据115

7.6 状态反馈与极点配置118

7.6.1 单输入／单输出系统的状态反馈和输出反馈118

7.6.2 两种反馈形式的特点119

7.6.3 极点配置法120

小结122

习题122

附录A 拉普拉斯变换124

附录B MATLAB基础知识125

B.1 MATLAB的开发环境125

B.2 MATLAB的基础知识126

B.3 部分MATLAB函数说明127

附录C 常用中英文对照表131

参考文献134